近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員吳凱豐團隊在量子點超快光物理與光化學研究方面取得進展，開發了錳摻雜的硒化鋅（ZnSe）量子點，用于驅動水合電子的高效生成，并將其應用于有機光催化反應中。
愛因斯坦提出的光電效應解釋了材料在光子激發下發射自由電子的行為。光發射材料廣泛應用于高靈敏光子檢測和電子源。在光化學領域，光發射材料可用于制備具有強還原性的溶劑化電子。但是，受能量守恒原理限制，穩定材料一般很難在可見光照射下實現高效率的光電子發射。
有研究發現，非輻射俄歇復合過程可能突破上述限制——通過吸收兩個光子產生的激發態非輻射作用，生成一個高能量熱電子。膠體量子點中的俄歇過程效率較高，雙激子俄歇復合通常發生在皮秒至數百皮秒時間尺度。但是，量子點中熱電子弛豫過程發生在更快的亞皮秒時間尺度，導致光電子發射效率較低。近年來，研究人員在錳（II）離子摻雜的量子點中發現了極為快速的自旋交換俄歇機制，有望解決這一動力學瓶頸。然而，相關研究此前僅限于劇毒的鎘基量子點，且基于自旋交換俄歇機制的光催化應用研究鮮有報道。
吳凱豐團隊近年來對低毒性的ZnSe量子點開展了系統的光物理與光化學研究并取得了進展。其中，ZnSe量子點的高導帶電子能量特性適合光電子發射研究，有望通過一步自旋交換俄歇過程實現高效率光電子發射。
在該工作中，研究團隊制備了錳（II）離子摻雜的水相ZnSe量子點，通過飛秒瞬態吸收光譜揭示了其“雙光子驅動”電子發射機制：第一個光子激發的量子點激子通過自旋交換機制在飛秒時間尺度將能量轉移至一個錳（II）離子；第二個光子激發的激子與該激發態錳（II）離子發生自旋交換俄歇復合，在飛秒時間尺度將量子點中的電子激發到真空能級，完成光電子發射。該超快過程避免了傳統庫倫型雙激子俄歇路徑中的熱電子冷卻損耗。
進一步，該研究利用瞬態吸收光譜，捕捉到光發射電子在水相中生成的水合電子的光譜信號，測得生成水合電子的內量子效率超過7%。得益于錳（II）離子毫秒級的激發態壽命，該體系在普通藍光LED照射下可穩定實現光電子發射和水合電子生成，擺脫了此前水合電子體系對高功率光源的依賴。基于此，研究構建了水相有機光催化體系，實現了氯乙酸鈉的還原脫氯反應。
上述研究揭示了錳摻雜ZnSe量子點中的超快自旋交換能量轉移和俄歇光發射機制，發展了基于無鎘量子點的高效水合電子制備新方法。
相關研究成果發表在《美國化學會志》（JACS）上。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院戰略性先導科技專項（B類）等的支持。
論文鏈接
科研人員開發出錳摻雜無鎘量子點實現高效水合電子生成及應用
本文鏈接：科研人員開發出錳摻雜無鎘量子點實現高效水合電子生成及應用http://www.sq15.cn/show-12-1567-0.html
聲明：本網站為非營利性網站，本網頁內容由互聯網博主自發貢獻，不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任。天上不會到餡餅，請大家謹防詐騙！若有侵權等問題請及時與本網聯系，我們將在第一時間刪除處理。
上一篇： “新時代高水平教育理論叢書”啟動會舉行