魏茨曼科学研究院Adv. Funct. Mater.：手性二维胶体半导体量子阱

【引言】

手性半导体量子点兼具量子点的量子限域效应和手性光学响应的特点，已经成为纳米材料中一个非常重要的分支，在手性传感，不对称催化，量子光学，以及自旋电子学方面都表现出了巨大的应用前景。只有极少数的量子点如HgS等存在内在手性特性，绝大多数的量子点材料是非手性的。由于量子点的比表面积非常大，手性一般是可以通过量子点和手性有机配体间的耦合诱导进量子点中，这也被称为诱导手性，但是对量子点中的诱导手性光学效应的来源，其机理尚未研究清楚。这主要是因为几乎所有的研究都是基于球形的量子点为模型，对各向异性的纳米粒子研究极少。

【成果简介】

近日，来自以色列魏兹曼科学研究院的杨高岭博士等人制备出了手性的二维胶体半导体量子阱，并以此为模型对手性诱导机制进行了深入的研究。由于二维量子阱非常大的比表面积，他们在CdSe纳米片中观测到了非常大的圆二色性响应（g因子最大可达 8.5 × 10^-4）。此外，以手性CdSe-CdS 核-冠纳米片为模型，CdSe和CdS的双激子圆二色性响应同时被检测到，这进一步证明了诱导手性主要是由面内偶极子与表面配体耦合所致。相关成果以“chiral 2D colloidal semiconductor quantum wells”为题发表在Advanced Functional Materials上。

【图文导读】

图1 不同尺寸的CdSe纳米片形貌和光学特性表征

（a-f）不同尺寸的CdSe纳米片TEM图

（g）不同尺寸的CdSe纳米片的吸收和发射光谱图

（h）CdSe纳米片的吸收峰和发射峰与尺寸的关系图

图2 量子点和纳米片的圆二色性（CD）光谱比较

（a-c）CdSe量子点的TEM图，配体交换前后的吸收光谱图，及CD光谱图

（d-f）5层CdSe纳米片的TEM图，配体交换前后的吸收光谱图，及CD光谱图

图3 纳米片横向尺寸依赖的圆二色性光学响应

（a）5层CdSe纳米片横向尺寸变化示意图

（b）不同横向尺寸CdSe纳米片的吸收光谱图

（c）不同横向尺寸CdSe纳米片的CD光谱图

（d）CdSe纳米片的g因子与横向尺寸的关系

图4 纳米片厚度依赖的圆二色性光学响应

（a）  不同厚度的CdSe纳米片厚度变化示意图

（b, c）3层D-手性和L-手性的CdSe纳米片的吸收光谱和CD光谱

（d, e）4层D-手性和L-手性的CdSe纳米片的吸收光谱和CD光谱

（f, g）5层D-手性和L-手性的CdSe纳米片的吸收光谱和CD光谱

图5 核壳纳米片的圆二色性光学响应

（a）CdSe/CdS核壳纳米片示意图

（b）CdSe/CdS核壳纳米片TEM形貌图

（c）不同壳层的CdSe/CdS核壳纳米片吸收光谱图

（d）不同壳层的CdSe/CdS核壳纳米片CD光谱图

图6 核冠纳米片的圆二色性光学响应

（a）CdSe-CdS核冠纳米片示意图

（b）CdSe纳米片及CdSe-CdS核冠纳米片的吸收光谱图

（c）CdSe纳米片及CdSe-CdS核冠纳米片的CD光谱图

【小结】

该工作首次制备出了二维手性半导体量子阱，并对其手性光学特性进行了系统研究。由于纳米片非常大的比表面积及其闪锌矿结构，手性纳米片展现出非常大的CD响应，及与量子点和纳米棒不同的吸收性的CD光谱曲线形状。此外，在CdSe-CdS核冠纳米片中，双激子圆二色性响应也被检测出，进一步证明了诱导手性主要是由面内偶极子与表面配体耦合所致。这项工作不仅更深层次的解释了半导体纳米颗粒中配体诱导手性光学效应的来源，也为合成具有高手性光学响应的新型半导体纳米材料提供了新的思路。

文献链接：Chiral 2D Colloidal Semiconductor Quantum Wells（Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201802012）

本文由第一作者杨高岭供稿。

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