image: （a）溶液-固相-固相催化生长机制；（b）基于“两步催化生长”策略实现ZnSe量子线径向和轴向尺寸的独立调控。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
具有强量子限制效应的一维半导体纳米线，即量子线，在先进光电子学与光化学转化等领域具有重要的应用价值。除了目前研究最为广泛的镉基半导体外，ZnSe量子线作为一类典型的非重金属半导体，在下一代环境友好型应用方面展示出巨大的潜力。
然而，目前所报道的ZnSe纳米线难以实现蓝光区域的量子限域效应调制，它们或是具有强量子限域效应的超细量子线，从而仅表现为紫外吸收，或是具有体材料特性的粗纳米线，从而无明显的激子吸收。迄今为止，通过对ZnSe量子线的径向和轴向尺寸进行独立的按需调控以实现其在蓝光区域的量子限域效应调制仍然极具挑战，严重阻碍了其进一步应用。
近期，中国科学技术大学俞书宏院士研究团队在《国家科学评论》上报道了其在高质量、蓝光活性ZnSe量子线按需合成方面的最新研究进展。他们通过发展一种“两步催化生长”策略，可独立、高精度、大范围调控ZnSe量子线的直径与长度，从而实现了这些ZnSe量子线的精准制备。由此，他们成功地在幻数尺寸ZnSe量子线和类块材ZnSe纳米线之间建立起了新的桥梁。
研究人员发现，在立方相催化剂端点与纤锌矿ZnSe量子线界面处存在一种新的外延生长取向，能够在动力学上促进这种超细、无堆垛位错的ZnSe量子线形成。由于强量子限域效应、高度尺寸均匀性以及高质量晶体结构特性，这些量子线在蓝光区域表现出了超窄的激子吸收特性，其半高全宽（FWHM）可达13 nm以下。通过表面硫醇钝化后，他们进一步消除了量子线表面的电子捕获陷阱，从而延长了载流子长寿命并实现了高效光催化制氢过程。
该“两步催化生长”策略可适用于多种胶体纳米线的精准构筑，它们有望在未来为太阳能燃料和光电子学领域的发展提供丰富的材料库。
研究详情请见原文：
On-demand synthesis of high-quality, blue-light-active ZnSe colloidal quantum wires
https://doi.org/10.1093/nsr/nwac025