深圳大学李秀婷团队在量子点电分析领域取得系列研究进展

（一）电化学法测定量子点能级结构及缺陷位置

近期，深圳大学高等研究院李秀婷研究员课题组受邀在国际期刊《Chemistry – A European Journal》的Young Chemists 2022一期上发表了题为“Electrochemically Determining Electronic Structure of ZnO Quantum Dots with Different Surface Ligands”的研究论文。

量子点（Quantum dots），被广泛应用在在光电器件、太阳能电池等领域。而在这些应用中，量子点的电子结构对量子点所表现出的优越光电特性至关重要。近些年来，循环伏安法常常被用来检测量子点的能级位置。但是，目前大部分相关的研究主要集中在测量窄带隙的量子点上，宽带隙量子点能级的电化学测量受电化学窗口和能级结构等因素影响而非常困难。本研究选择被广泛应用于量子点发光二极管（QLEDs）中的宽带隙量子点—ZnO量子点进行电子结构的电化学检测。通过优化电极膜、电解质体系等条件实现了对带有不同配体（乙醇胺和三乙醇胺）的ZnO量子点的带边能级检测，还确定了它们的缺陷态位置，推测了可能的缺陷态类型。这项工作展示了循环伏安法能够作为一种有效的手段去检测量子点的电子结构，将有利于推动ZnO量子点相关器件的应用。

图1. 采用循环伏安法测定了具有不同配体的ZnO量子点的能级结构。

深圳大学高等研究院材料科学与工程专业的研究生冼龙斌是该论文的第一作者，深圳大学高等研究院为唯一完成单位。

（二）可控电解揭示硫化铅量子点的微观组成

近期，课题组在国际期刊《The Journal of Physical Chemistry C》上发表了题为“Controllable Electrolysis Reveals the Microscopic Composition of Lead Sulfide Quantum Dots”的研究论文。

胶体硫化铅(PbS)量子点(QDs)的大小和组成与其光电性质密切相关，如能带结构、载流子输运、表面抗氧化性等，因此会极大地影响器件性能。目前对于单个量子点空间元素分布的表征十分困难。在这项工作中，团队开发了一种简单高效的电化学方法来探测被油酸(OA)覆盖的PbS量子点的微观组成。研究发现，亚单层量子点在较低的电位扫描速率下进行了完全电解，而在较高的电位扫描速率下只有富含Pb(II)的表层发生了电解。因此不仅通过可控电解揭示了PbS-OA量子点的表面组成，而且提出了其元素的空间分布模型。此外，还成功揭示了PbS-OA量子点尺寸依赖的元素比例，表明了电化学是定量量子点组成的有力工具。

图1. PbS量子点的可控电解示意图。

深圳大学高等研究院陈婕和朱远航是该论文的共同第一作者，深圳大学高等研究院为第一完成单位。

（三）基于钙钛矿量子点相变检测乙醇中痕量水

近期，团队与四川大学肖丹教授课题组合作在国际期刊《Analyst》上发表题为“A Handy Imaging Sensor Array Based on the Phase Transformation from CsPbBr3 to CsPb2Br5: Highly Sensitive and Rapid Detection of Water Content in Ethanol”的研究论文。

乙醇中的痕量水对其参与的有机反应速率及最终产率产生影响；作为汽车燃料时，共存水会提高燃料消耗、损害汽车引擎等。然而目前成熟的痕量水检测方法通常需要复杂的策略和设备。本研究基于荧光开关机制构建了CsPbBr3@PVA成像阵列传感器，利用荧光的恢复效率对水含量进行定量分析。使用智能手机直接捕捉传感器阵列的图像，用Image J快速分析，以读取每个样本的灰度值。该传感器阵列具有响应速度快（5s）、选择性强以及在实际样品中的应用潜力等优点。同时，该方法不需要昂贵的光谱仪并且不需要专业人员操作，具有成本低、检测速度快、灵敏度高等优势。

图1. （A）CsPbBr3@PVA的荧光开关机制示意图和（B）CsPbBr3@PVA阵列传感器的展示。

深圳大学高等研究院李秀婷研究员为该文章的共同通讯作者。