量子点是一种纳米级别的半导体，通过对这种纳米半导体材料施加一 定的电场或光压，它们便会发出特定频率的光，而发出的光的频率会随着这种半导体的尺寸的改变而变化，因而通过调节这种纳米半导体的尺寸就可以控制其发出的光的颜色，由于这种纳米半导体拥有限制电子和电子空穴的特性，这一特性类似于自然界中的原子或分子，因而被称为量子点。
量子点的制造方法可以大致分为三类：化学溶液生长法，外延生长法，电场约束法。这三类制造方法也分别对应了三种不同种类的量子点。量子点在生物以及化学领域中有极大的应用前景，得益于其特殊的性质：1）量子点的发射光谱可以通过改变量子点的尺寸大小来控制；2）量子点具有很好的光稳定性；3）生物相容性好；4）量子点的荧光寿命长等等。
今天，我们要分享的是关于量子点最新的8篇重要研究进展，内容涉及光电器件领域的应用、太阳能电池领域的应用、CO2光还原领域的应用、以及量子点的合成等等，希望对相关研究人员有所启发。
1. 晶格锚固可稳定溶液处理的半导体丨Nature
无机铯铅卤化物钙钛矿具有非常适合串联太阳能电池的带隙，但在室温附近遭受不希望的相变。胶体量子点（CQD）是结构坚固的材料，因其尺寸可调的带隙而受到重视。然而，它们还需要稳定性的进一步提高，因为它们由于不完全的表面钝化而易于在高温下聚集和表面氧化。近日，多伦多大学Edward H. Sargent教授研究团队报道了“晶格锚定”杂化材料，其将铯铅卤化物钙钛矿与铅硫属元素化物CQD结合，这两种材料之间的晶格匹配有助于稳定性超过组分的稳定性。
研究发现CQD使钙钛矿保持在其所需的立方相中，从而抑制向不希望的晶格失配相的转变。与原始钙钛矿相比，CQD锚固钙钛矿在空气中的稳定性提高了一个数量级，并且材料在环境条件（25摄氏度和约30％湿度）下保持稳定超过六个月且超过五个小时在200摄氏度。与CQD对照相比，钙钛矿防止CQD表面的氧化并且在100摄氏度下将纳米颗粒的聚集减少了五倍。对于在红外波长发射的CQD固体，基质保护的CQD显示出30％的光致发光量子效率。晶格锚定的CQD：钙钛矿固体表现出电荷载流子迁移率加倍，这是由于与纯CQD固体相比载流子跳跃的能垒减小。这些益处在溶液处理的光电器件中具有潜在用途。
Liu, M. Sargent, E. H. Lattice anchoring stabilizes solution-processedsemiconductors. Nature, 2019.
DOI: 10.1038/s41586-019-1239-7
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1239-7
2. 半导体量子点：一种新兴的CO2光还原候选材料丨AM
作为解决能源危机和环境问题最关键的方法之一，将CO2光还原为高附加值的化学物质和太阳能燃料(如CO、HCOOH、CH3OH、CH4)引起了广泛的关注。在自然界中，光合生物利用阳光将CO2和H2O有效地转化为碳水化合物和氧气(O2)，这激发了低成本、稳定、高效的CO2光还原人工光催化剂的开发。半导体量子点(QDs)具有成本低、合成简单、光捕获性能好、产生多个激子、载流子调控可行、表面位置丰富等优点，近年来被认为是最有希望建立高效人工光系统的材料之一。
近日，中科院物理化学技术研究所Li-Zhu Wu，Xu-Bing Li团队总结了用半导体量子点进行CO2光还原的最新进展。首先，分析了半导体量子点独特的光物理和结构特性，这使其在太阳能转换方面具有广泛的应用。然后介绍了量子点在光催化CO2还原中的最新应用，主要分为三类:二元II-VI半导体量子点(如CdSe、CdS和ZnSe)、三元I-III-VI半导体量子点(如CuInS2和CuAlS2)和钙钛矿型量子点(如CsPbBr3、CH3NH3PbBr3和Cs2AgBiBr6)。最后，讨论了量子点在太阳能CO2还原方面的挑战和前景。
Hao-LinWu, Xu-Bing Li,* Chen-Ho Tung, Li-Zhu Wu*. Semiconductor Quantum Dots: An Emerging Candidate for CO2 Photoreduction. Adv.Mater. 2019,
DOI: 10.1002/adma.201900709
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201900709
3. 由低聚金纳米颗粒的Fano共振介导的发光碳量子点的可控合成丨AM
在纳米光子学和生物光子学领域中，荧光碳量子点(CQDs)的快速可控合成是一项重要的研究。华南师范大学兰胜教授团队和铁绍龙教授团队合作提出了一种制备在激光或水银灯的激发下产生高效的白光的CQDs的新方法。
实验利用飞秒激光脉冲对掺杂了致密金纳米粒子(AuNPs)的聚乙烯醇(PVA)膜进行辐照得到了可以发光的CQDs。从PVA生成CQDs是一个由AuNPs介导的两步过程，其中的AuNPs不仅是热源，而且也是催化剂。研究利用红外傅里叶变换光谱和x射线光电子能谱研究了碳-碳双键、碳-碳单键和碳氧键的形成过程。实验结果表明，通过共振激发低聚的AuNPs形成的Fano共振可以实现其在深亚波长尺度上的空间局域温度分布，从而产生直径较小的CQDs。
YunbaoZheng, Shaolong Tie, Sheng Lan. et al. Controllable Formation of LuminescentCarbon Quantum Dots Mediated by the Fano Resonances Formed in Oligomers of Gold Nanoparticles. Advanced Materials.2019
DOI:10.1002/adma.201901371
https://doi.org/10.1002/adma.201901371
4. CsPbBr3量子点2.0：苯磺酸等效配体完全纯化丨AM
钙钛矿量子点（Pe-QD）的稳定性和光电子器件性能受到现有配体策略的严格限制，因为这些配体表现出高度动态的结合状态，制约了QD的纯化和存储。
近日，南京理工大学李晓明、曾海波研究团队开发了“Br-等效”配体策略，其中所提出的强离子磺酸盐头，例如苯磺酸，可以牢固地结合暴露的Pb离子以形成稳定的结合状态，并且还可以有效地消除由溴化物空位引起的激子捕获的概率。从这两个方面来看，磺酸盐头在完美的钙钛矿晶格中起到与天然Br离子相似的作用。使用这种方法，可以容易地实现高光致发光量子产率（PL QY）> 90％，而不需要胺相关配体。此外，制备的PL QYs在8个纯化循环，超过5个月的储存和高通量光照射后得到良好维持。
Yang, D. Li, X. Zeng, H. et al .CsPbBr3Quantum Dots 2.0: Benzenesulfonic Acid Equivalent Ligand Awakens Complete Purification. AM 2019.
DOI;10.1002/adma.201900767
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/ 10.1002/adma.201900767
5. 基于全无机钙钛矿量子点的柔性，可印刷软X射线探测器丨AM
金属卤化物钙钛矿由于其独特的光电特性和简单成本的制造工艺，成为引人注目的光伏和光电探测器应用的最有希望的材料。它们的成分的高原子序数（Z）和显着更高的载流子迁移率也使得钙钛矿半导体适合于检测电离辐射。近日，莫纳什大学Babar Shabbir, Yupeng Zhang,Qiaoliang Bao研究团队通过利用这一点，在基于全无机钙钛矿量子点（QD）的刚性和柔性检测器中证明了软X射线诱导的光电流的直接检测。研究人员利用同步加速器软X射线束线，在X射线剂量率为0.0172mGyair s-1的情况下实现高达1450μCyair-1cm-2的高灵敏度，仅有0.1 V偏压，是传统α-Se器件的70倍灵敏。此外，通过廉价的喷墨印刷方法将钙钛矿膜均匀地印刷在各种基板上，证明了多通道检测器阵列的大规模制造。这些结果表明，钙钛矿量子点是检测软X射线和大面积平板或柔性板的理想选择，在多维和不同架构成像技术中具有巨大的应用潜力。
Liu,J. Shabbir, B. Zhang, Y. Bao, Q. et al. Flexible, Printable Soft-X-Ray Detectors Based on All-Inorganic Perovskite Quantum Dots. AM 2019.
DOI:10.1002/adma.201901644
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901644
6. 8.1%！100 cm2 大面积量子点基太阳能电池丨AM
溶液处理的胶体量子点（CQD）是用于实现低成本和高效光电器件的有吸引力的材料。尽管已经实现了令人印象深刻的CQD-太阳能电池性能，但由于CQD墨水的复杂沉积，CQD膜的制造仍局限于实验室规模的小面积。
近日，韩国科学技术院Yeon Sik Jung、Jin Young Kim通过设计CQD液滴的溶质再分布，成功实现了用于光伏器件的大面积，均匀沉积的硫化铅（PbS）CQD油墨。实验和理论证明，CQD液滴的溶质 - 再分布动力学高度依赖于接触线的运动和溶剂的蒸发动力学。通过降低接触线的摩擦常数并增加液滴的蒸发速率，研究人员实现了CQD墨水在大面积上的长度和宽度的均匀沉积。通过利用喷涂工艺，在玻璃，氧化铟锡玻璃和聚对苯二甲酸乙二醇酯的各种基底上制造了具有3-7％厚度变化的大面积（高达100 cm2）的CQD膜。此外，用100 cm2 CQD薄膜证明了CQD太阳能电池的可扩展制造，其显示出8.10％的显着高效率。
Choi, M.-J. Jung, Y.-S. Kim, J.-Y. etal. Tuning Solute-Redistribution Dynamics for Scalable Fabrication of Colloidal Quantum-Dot Optoelectronics. AM 2019.
DOI:10.1002/adma.201805886
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201805886
7. 电荷分离异质结构的高效钙钛矿量子点太阳能电池丨Nat. Commun.
金属卤化物钙钛矿半导体具有用于光电应用的突出特性，包括但不限于光伏电池。低维和纳米结构图案赋予了可以进一步利用的附加功能。此外，胶体量子点（QD）钙钛矿的更宽的阳离子组成可调性和可调的表面配体性质现在实现了前所未有的器件结构，这与由溶剂化分子前体制备的薄膜钙钛矿不同。
美国国家可再生能源实验室Joseph M. Luther团队采用了钙钛矿QD的逐层沉积，证明了整个钙钛矿薄膜中具有组成变化的太阳能电池。利用这种能力突然控制组合物以产生内部异质结，促进内部界面处的电荷分离，从而改善光载体收获。展示了光伏性能如何取决于异质结位置以及每种组分的组成，并且描述了一种可以极大地改善钙钛矿QD光伏器件性能的架构。
Highefficiency perovskite quantum dot solar cells with charge separating heterostructure. Nature Communication, 2019
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10856-z
8. 制备稳定的红外带隙量子点墨水丨ACS Energy Lett.
胶体量子点（CQD）受益于尺寸调整的带隙，可用于红外能量收集材料，并且可以和硅电池进行串联。然而，在CQD具有足够大（> 4 nm）的直径的情况下，使得纳米颗粒吸收光远远超过硅的带隙，传统的配体交换失败。
有鉴于此，Edward H. Sargent团队报道了一种策略，其中用作空间位阻控制剂的短链羧酸盐促进小带隙CQD上的配体交换过程。研究证明，当采用短羧酸盐时，用卤化铅阴离子代替原始封端配体的净能垒降低。该方法产生更完全的配体交换，从而提高填充密度和单分散性。与先前报道的最佳交换相比，这有助于陷阱状态密度降低。在激子峰处，实现高效的红外光子-电子转换效率的太阳能电池。
Liu,M., Che, F. et al. Controlled Steric Hindrance Enables Efficient Ligand Exchange for Stable, Infrared-Bandgap Quantum Dot Inks. ACS Energy Letters,1225-1230, 2019.
Doi:10.1021/acsenergylett.9b00388.
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b00388
