合金化镉基硫族半导体量子阱的胶体制备及其光学性质研究

Semiconductor quantum well, with the unique characteristic of ultra-narrow photoluminescence (PL) bandwidth, is the pivotal candidate in the field of fluorescent materials. This project aimes on breaking the performance bottleneck of the semiconductor quantum well, through innovative tailoring of the colloidal preparation route, to achieve the continuous tuning on the ultra-narrow PL peak position. Based on the intentional introduction of the adventitious element into traditional two-components cadmium chalcogenide quantum well, we will strive to prepare alloyed semiconductor quantum well with uniformly distributed elements, so that excitons feel homogeneous quantum confinement along the thickness boundary. Meanwhile, accompanying with the modulation of anions ratio in the alloyed cadmium chalcogenide quantum well, the ultra-narrow PL peak should continuously shift. Further systematic investigations on the single molecular spectroscopy, especially fluorescence profiles, coupled with the structural characterizations and corresponding structure-property correlations, should promote the alloyed semiconductor quantum well as a prominent fluorophore for the potential applications in bio-imaging, light-emitting diodes, optoelectronics devices, and related fields.

半导体量子阱荧光材料具有荧光发射峰极窄的独特优势，是荧光研究领域的关键性材料。本项目拟围绕半导体量子阱荧光材料仍面临的荧光发射尚未能实现发射尖锐且连续可调的瓶颈问题，发展溶液相胶体化学方法制备半导体量子阱材料的新路线，探索引入第三种元素实现镉的硫族半导体片状材料的合金化，以及激子在该类新型材料中均匀、单分散性、沿厚度方向的一维量子限域；同时通过改变合金量子阱中元素组分的摩尔比值，实现半导体量子阱材料的荧光发射光色纯且连续可调的目标。在此基础上，利用单分子光谱研究相关荧光光学性质，进一步加强材料结构解析以及相应的构效关联，为相关的生物医学成像、发光二极管、光电器件等领域提供新一代优异的荧光光学材料平台。

半导体和贵金属纳米结构的精准调控是生物医学成像、发光二极管、光电器件等领域应用的材料基础。在本项目中，我们在胺溶液中制备得到三种不同尺寸的ZnSe魔幻团簇，并对这些魔幻团簇的分子式展开了探讨；在溶液相中制备了表面富镉和富硫的不同原子层厚度的CdS量子阱，并对这两类量子阱的结构和激子空间分布开展了深入的研究；通过可控制备超薄硒化锌量子阱，利用量子阱材料更高的消光系数，在阿尔茨海默小鼠模型中，通过在位铜离子标志物交换，一方面在红外区实现了激活式高灵敏光声成像，另一方面改性硒化锌量子阱成功穿越了血脑屏障，展现了其在阿尔茨海默病理学研究中的潜在应用价值；利用胶体合成法制备了超细的胶体Au纳米线，首次在溶液相中实现了共振耦合模式下的分子振动模式检测能力4至6个数量级的提升；通过改变醋酸镉盐中二水醋酸镉与无水醋酸镉的摩尔比例，以及醋酸镉中水的引入反应的量和方式，实现了对硒化镉量子阱形貌的调控。此外，我们还对半导体纳米材料的合成、及其与贵金属纳米材料在手性分析中的潜在应用进行了系统性的归纳、分析和展望。