近日，中国科学技术大学俞书宏院士研究团队，利用 “两步催化生长”策略，实现了高质量、蓝光活性ZnSe量子线的按需合成，有助于推进ZnSe环保量子线的应用，并有望为太阳能燃料和光电子学领域提供丰富的材料库。
半导体纳米线的合成控制示意图，a为溶液-固相-固相催化生长机制，b为基于“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，图片来自论文
量子线是具有量子限域效应的一维半导体纳米线，在光电子学、光化学转化等领域具有应用价值。其中，ZnSe量子线是除镉基半导体外，最典型的一类非重金属的半导体，对环境无害。但此前的ZnSe纳米线或是很细，具有强量子限域效应，仅表现为紫外吸收；或是很粗，具有块体材料特性，无明显激子吸收，因此均难以实现蓝光区域的量子限域效应调制。
那如何精确控制ZnSe量子线的径向和轴向尺寸，实现按需合成，以促进其进一步应用呢？
此次，中科大俞书宏院士团队发展了一种“两步催化生长”策略，可以对ZnSe量子线的直径与长度进行独立、高精度、大范围的控制，实现了ZnSe量子线的精准制备，由此成功地在幻数尺寸ZnSe量子线和类块材ZnSe纳米线之间建立起了新的桥梁。相关成果发表于《国家科学评论》(National Science Review）。
图片来自《国家科学评论》(National Science Review）
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，可从动力学上促进超细、无堆垛位错的ZnSe量子线形成。这些量子线具有强量子限域效应，其尺寸均一、晶相纯度高，因而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（纳米）以下。经表面硫醇钝化后，他们进一步消除了量子线表面的电子捕获陷阱，从而延长了载流子寿命并实现了高效光催化制氢过程。
中科大团队的“两步催化生长”策略可适用于多种胶体纳米线的精准构筑，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。
