無機半導體量子點具有獨特的物理化學性質，包括尺寸依賴的熒光發(fā)射、高的發(fā)光強度、高的光物理/化學穩(wěn)定性和表面易功能化等，廣泛應用于發(fā)光二極管（LED）、太陽能電池、激光器和生物成像等領域。因此，設計合成具有高熒光量子產率（PLQY）、可調的熒光發(fā)射和良好生物相容性的量子點是研究熱點。
第二近紅外窗口（NIR-II，900-1700 nm）熒光由于活體組織對其光子的吸收和散射效應降低，在生物醫(yī)學成像和近紅外LED等方面得到廣泛研究。Ag基量子點（Ag2S和Ag2Se）是典型的不含有毒性重金屬元素的NIR-II熒光探針。以Ag2Se為例，它具有窄的直接帶隙（0.15 eV），是一種理想的NIR-II熒光材料。然而，Ag2Se中Ag離子的高遷移率導致大量的陽離子空位和晶體缺陷，導致Ag2Se量子點的PLQY小于1%。因此，開發(fā)一種新的策略來獲得高PLQY的Ag基量子點具有重要意義。
中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員王強斌和中科院福建物質結構研究所研究員陳學元合作，首次采用合金化的方法合成了銀金硒（AgAuSe）量子點。該量子點發(fā)射峰位于978 nm，其絕對PLQY為65.3%（為目前報道的不含毒性重金屬的NIR-II量子點PLQY的記錄），發(fā)射半峰寬為90 nm，壽命為4.58 μs。結合變溫光譜，表明該量子點PLQY增強的主要原因在于非輻射躍遷的有效抑制。進一步通過瞬態(tài)吸收光譜，表征了其激子動力學過程。該合金化策略對不同尺寸的Ag2Se量子點具有普適性，可在820-1170 nm范圍內調節(jié)AgAuSe量子點的熒光發(fā)射光譜。這種具有無毒重金屬元素的高PLQY量子點在生物成像、發(fā)光二極管和光伏器件中表現(xiàn)出應用潛力。
相關研究成果以Colloidal Alloyed Quantum Dots with Enhanced Photoluminescence Quantum Yield in the NIR-II Window為題，發(fā)表在Journal of the American Chemical Society上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃課題、國家自然科學基金和中科院戰(zhàn)略性先導科技專項等的資助。
圖1.AgAuSe量子點的結構和光學性質表征
圖2.AgAuSe量子點的變溫光譜和瞬態(tài)吸收光譜
