無機半導(dǎo)體量子點具有獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，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(xué)穩(wěn)定性和表面易功能化等，廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管（LED）、太陽能電池、激光器和生物成像等領(lǐng)域。因此，設(shè)計合成具有高熒光量子產(chǎn)率（PLQY）、可調(diào)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(yīng)降低，在生物醫(yī)學(xué)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(dǎo)致大量的陽離子空位和晶體缺陷，導(dǎo)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(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員王強斌和中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所研究員陳學(xué)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(jié)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(xué)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(nèi)調(diào)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(yīng)用潛力。
相關(guān)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(xué)基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等的資助。
圖1.AgAuSe量子點的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)表征
圖2.AgAuSe量子點的變溫光譜和瞬態(tài)吸收光譜
