Nano Energy：外壳隔离纳米粒子增强量子点荧光性能和能量转换的研究

【引言】

量子点(QDs)作为光与物质相互作用的基础研究引起了科学家们的高度关注，其有望替代光学器件、太阳能电池、传感器和生物成像等。QD在溶液中虽然量子产率高，但是当它们被组装成薄膜用于实际应用时，发光效率通常降低几个数量级，这现象种称为“自淬灭”。因此，克服这种负面影响并提高QD薄膜的荧光性能至关重要。近日，有学者报道了一种新技术，使用外壳分离的纳米颗粒来增强QD薄膜的荧光性，同时材料的光电析氢效率也显著提高。

【成果简介】

近日，厦门大学李剑峰教授和张华教授 (共同通讯作者)团队在Nano Energy.上发布了一篇关于纳米材料的文章，题为“I Plasmon enhanced quantum dots fluorescence and energy conversion in water splitting using shell-isolated nanoparticles”。 作者通过使用外壳隔离纳米粒子(SHIN)，成功地抑制量子点的自淬灭效应并提高其能量转换效率。研究结果表明，由于辐射和非辐射衰变之间的竞争，具有可控厚度壳的Ag 外壳隔离纳米粒子(SHIN)有着不同的增强因子，并且纳米腔中的局部表面等离子体共振(LSPR)通过SHINs将QD单层膜的荧光性能提高了近1000倍。

【图片导读】

图1 外壳分离的银纳米颗粒示意图

(a) Ag@SiO2和金膜之间胶体量子点三维示意图；

(b) 横向电磁波电磁场振幅分布的有限元模拟;

(c) 相应结构的SEM图像。

图2 CdSe薄膜的等离子体增强荧光光谱

(a) 经不同外壳厚度的纯银纳米颗粒和Ag SHIN改性后CdSe薄膜的等离子体增强荧光光谱；

(b) 样品的时间分辨光谱;

(c) 随机取向的QD偶极子的量子效率；

(d) 单个QD偶极子的模拟辐射图；

(e) Ag SHIN的电荷分布图。

图3 样品的增强荧光光谱

(a) CdSe；

(b) 卤化物钙钛矿CsPbBr₃;

(c) 间隙模式(Ag SHINs / QDs /金膜)下的CdTe；

(d) PL强度与励磁电源功率在0.6-90kW / cm²的范围内成线性关系。

图4 样品的光电化学测量

(a) Ag SHINs增强CdTe QD光电元件的示意图；

(b) 样品的SEM照片;

(c) 不同纳米结构的光电流—电压曲线；

(d) H₂释放量。

图5 光电化学性能分析

(a) 用于光电流表征的PEC样品和三电极系统的图像；

(b) 不同样品的消光光谱;

(c) CdTe和CdTe / TiO2的时间分辨荧光图。

【小结】

这篇文章介绍了使用SHIN作为为不同半导体量子点薄膜来增强材料的荧光性能，量子点薄膜的发光强度可以提高近1000倍。时间分辨荧光测量和有限元计算表明，这种增强是由于SHIN周围局限的局部光场增加了吸收截面和自发发射率。此外，SHIN还可以通过增加量子点的局部光子态密度，促进更多的电子转移到TiO₂中，从而提高量子点敏化TiO₂纳米棒的光电化学活性。通过SHIN增强QD薄膜光电性和能量转换效率的方法，有着广阔的应用前景，有待未来进一步发展。

文献链接：Plasmon enhanced quantum dots fluorescence and energy conversion in water splitting using shell-isolated nanoparticles (Nano Energy., 26 October, 2017 , DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.10.055）

本文由材料人编辑部纳米学术组jcfxs01供稿，材料牛编辑整理。

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