銀系量子點(diǎn)主要指以銀為核心元素的半導(dǎo)體量子點(diǎn)材料,典型代表為 Ag?S、Ag?Se、Ag?Te硫化物、硒化物或碲化物量子點(diǎn)。這類材料具有的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì),在生物醫(yī)學(xué)、光電子、能源等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。以下從結(jié)構(gòu)、合成、性能、應(yīng)用及挑戰(zhàn)等方面展開詳細(xì)說明:
銀系量子點(diǎn)屬于窄帶隙半導(dǎo)體,其能帶結(jié)構(gòu)可通過尺寸調(diào)控實(shí)現(xiàn)近紅外(NIR)至短波紅外(SWIR)波段的熒光發(fā)射。例如,硫化銀(Ag?S)量子點(diǎn)的發(fā)射波長可覆蓋 650-1450 nm,而硒化銀(Ag?Se)和碲化銀(Ag?Te)則進(jìn)一步擴(kuò)展至更長波長范圍。通過核殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(如 Ag?S@ZnS),可有效鈍化表面缺陷,提升量子產(chǎn)率(PLQY)。例如,ZnS 包覆的硫化銀量子點(diǎn) PLQY 從不足 1% 提升至 20% 以上。
溶液法合成:
水相合成:使用谷胱甘肽(GSH)等生物相容性配體,在酸性條件下可控合成耐酸的 Ag?X 量子點(diǎn),表面富銀且配體密度高(1-8 個(gè) GSH/nm2),膠體穩(wěn)定性優(yōu)異。
高溫油相合成:通過熱注入法制備高質(zhì)量 Ag?X 量子點(diǎn),如硒化銀量子點(diǎn)在 160℃下與硒前驅(qū)體反應(yīng),再通過 ZnS 包覆形成核殼結(jié)構(gòu)。
生物仿生合成:利用銀結(jié)合多肽輔助合成硫化銀量子點(diǎn),避免使用有毒試劑,適合生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
表面鈍化與摻雜:
生物醫(yī)學(xué)成像:
近紅外二區(qū)(NIR-II)成像:Ag?X 量子點(diǎn)在 1000-1700 nm 波段穿透深度達(dá)厘米級,背景干擾低,可用于活體消化道、腫瘤等深層組織成像。例如,硫化銀量子點(diǎn)在小鼠胃腸道成像中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐酸性和熒光穩(wěn)定性。
光熱治療:硫化銀量子點(diǎn)在近紅外光照下產(chǎn)生光熱效應(yīng),25 分鐘內(nèi)殺菌率達(dá) 99.06%,可用于水體消毒和抗菌應(yīng)用。
光電子器件:
激光雷達(dá)(LiDAR):碲化銀量子點(diǎn)制成的光電二極管響應(yīng)速度快(納秒級),在 10 米距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)分米級分辨率,適用于汽車自動(dòng)駕駛和環(huán)境監(jiān)測。
量子點(diǎn)發(fā)光二極管(QLED):銀銦硫(AgInS?)量子點(diǎn)用于 QLED 顯示,結(jié)合 ZnS 鈍化層可提升器件穩(wěn)定性,發(fā)射光譜覆蓋可見光范圍。
能源與催化:
光電化學(xué)電池:銀銦硫量子點(diǎn)敏化的 TiO?光陽極在標(biāo)準(zhǔn)光照下光電流密度達(dá) 5.5 mA/cm2,通過多層 ZnS 鈍化可進(jìn)一步提升穩(wěn)定性。
光催化產(chǎn)氫:Ag?S 量子點(diǎn)與 g-C?N?復(fù)合后,析氫速率達(dá) 471.1 μmol?g?1?h?1,表觀量子效率(AQE)為 1.48%,優(yōu)于傳統(tǒng) Pt 基催化劑。
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