膠體量子點(diǎn)一個顯著優(yōu)勢是可以通過改變尺寸，調(diào)整其帶隙，達(dá)到調(diào)諧響應(yīng)波段的目的。PbS膠體量子點(diǎn)由于其制備簡單、成本低廉，在近紅外波段通過調(diào)節(jié)尺寸就能改變帶隙，在太陽能電池、紅外探測、LED、生物成像等多個領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用，但穩(wěn)定性限制了其大規(guī)模推廣。

PbS 膠體量子點(diǎn)的應(yīng)用：(a)太陽能電池領(lǐng)域；(b)紅外探測器領(lǐng)域；(c)含PbS膠體量子點(diǎn)的LED 結(jié)構(gòu)；(d)另一種基于PbS膠體量子點(diǎn)的LED結(jié)構(gòu)；注射了量子點(diǎn)的小白鼠的(e)可見光成像；(f)紅外成像和(g)融合成像

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，昆明理工大學(xué)吳楨芬副教授課題組在《紅外技術(shù)》期刊上發(fā)表了以“PbS膠體量子點(diǎn)穩(wěn)定性研究進(jìn)展”為主題的綜述文章。吳楨芬副教授主要從事化學(xué)與電路方面的研究工作。

這項研究系統(tǒng)總結(jié)了影響PbS膠體量子點(diǎn)穩(wěn)定性的機(jī)理，從制備、結(jié)構(gòu)、保存、使用等多個環(huán)節(jié)探討提高其穩(wěn)定性的具體措施，提出進(jìn)一步改進(jìn)PbS 膠體量子點(diǎn)穩(wěn)定性的具體方法和原理，對其應(yīng)用和發(fā)展具有一定的參考價值。

PbS 膠體量子點(diǎn)：(a) 熱注入法生產(chǎn)PbS 膠體量子點(diǎn)；(b) PbS/CdS 核殼結(jié)構(gòu)；(c) PbS/CdS/ZnS 核殼結(jié)構(gòu)；(d) PbS 膠體量子點(diǎn)中氧誘導(dǎo)的間隙態(tài)

PbS膠體量子點(diǎn)的失效機(jī)理：PbS膠體量子點(diǎn)失效的根本原因在于保存和使用時，晶粒表面的S2－被氧化形成SO32－，進(jìn)一步氧化形成SO42－；Pb2+與O2－結(jié)合形成PbO，或者與SO32－、SO42－結(jié)合形成PbSO3、PbSO4，并逐步向晶粒內(nèi)部發(fā)展。在不同的環(huán)境中，PbS失效的時間不同，通常有3方面的因素：（1）量子點(diǎn)大小及表面性質(zhì)對穩(wěn)定性的影響。隨著合成PbS膠體量子點(diǎn)化學(xué)計量比的變化及合成尺寸的不同，其晶粒表面的原子種類及表面所屬晶面有所區(qū)別，不同原子的各種晶面其環(huán)境穩(wěn)定性不同。（2）環(huán)境中O2和H2O含量高低對穩(wěn)定性的影響。當(dāng)PbS膠體量子點(diǎn)所處的環(huán)境含有較多O2和H2O時，PbS的穩(wěn)定性會下降。（3）PbS結(jié)構(gòu)的影響。熱注入法制備的PbS膠體量子點(diǎn)，其表面通常覆蓋一層有機(jī)物，這層有機(jī)物常被稱為配體。

根據(jù)影響PbS膠體量子點(diǎn)穩(wěn)定性的3個因素，可從以下方面進(jìn)行改善：（1）改善PbS膠體量子點(diǎn)的制備、保存和使用環(huán)境，減少O2和H2O的混入；（2）對于波段不敏感的應(yīng)用領(lǐng)域，控制Pb和S原子的化學(xué)計量比，同時控制量子點(diǎn)的尺寸，使其外表面為由Pb原子組成的（111）晶面，以增強(qiáng)PbS膠體量子點(diǎn)的穩(wěn)定性；（3）采用核殼結(jié)構(gòu)，在PbS膠體量子點(diǎn)表面再包裹一層性能更穩(wěn)定的物質(zhì)，增強(qiáng)核的穩(wěn)定性。不同領(lǐng)域解決PbS膠體量子點(diǎn)穩(wěn)定性的技巧有所差異，但可以將其制備、保存及應(yīng)用全過程的多個增強(qiáng)穩(wěn)定性的技巧結(jié)合起來，共同發(fā)揮作用。

表 增強(qiáng)PbS 膠體量子點(diǎn)穩(wěn)定性的技巧

PbS膠體量子點(diǎn)因其制備成本低廉、方法簡單、可調(diào)諧波段涵蓋多個應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)在發(fā)光二極管、生物成像、太陽能電池、紅外探測器等方面具有很強(qiáng)的實(shí)用價值，但穩(wěn)定性限制了其在這些領(lǐng)域的深入推廣。本研究在對PbS膠體量子點(diǎn)穩(wěn)定性的研究總結(jié)后，討論了PbS膠體量子點(diǎn)從制備、保存、應(yīng)用等多個環(huán)節(jié)提升穩(wěn)定性的可能方法及機(jī)理。最終提出根據(jù)實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域采用多種方法相結(jié)合，整體提升PbS膠體量子點(diǎn)穩(wěn)定性的思路。

該項目獲得云南省教育廳科學(xué)研究基金項目（2018JS550）和昆明理工大學(xué)分析測試基金（2020T20060036）的支持。該研究第一作者為博士生趙逸群，主要從事光電材料的研究工作。

審核編輯 ：李倩