納米材料的光熱轉(zhuǎn)換是在吸收某種波段的光后，通過等離子體場或者能量躍遷而將能量傳送給晶格，從而產(chǎn)生的熱，導(dǎo)致系統(tǒng)溫度的升高。表面等離激元在光伏電池、超高分辨、以及光熱治療等方面已經(jīng)被應(yīng)用。但通常都是在半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)表面包裝一層貴金屬材料，如金或銀等，通過金或銀的薄層產(chǎn)生局域表面等離激元和增強(qiáng)的局域場，從而極大地增強(qiáng)光吸收及其相關(guān)的光熱效應(yīng)。這類結(jié)構(gòu)中光熱轉(zhuǎn)換效率通常大約為20%左右。

圖1 CdSe/Bi2Se3 核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)的陽離子交換合成及能帶結(jié)構(gòu)。
 

最近，超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士后賈國治和常凱研究員等人巧妙地通過超聲波輔助陽離子交換反應(yīng)合成 CdSe/ Bi2Se3 核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)形貌和尺寸的控制。陽離子交換反應(yīng)是一種快捷的、容易制備納米材料的方法，通過該方法可以得到所需結(jié)構(gòu)和尺寸的納米顆粒。由于大部分半導(dǎo)體是由離子鍵構(gòu)成，陰離子構(gòu)成的晶格結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，因此陽離子之間的交換不會(huì)改變晶格結(jié)構(gòu)。結(jié)合現(xiàn)在量子點(diǎn)成熟的制備技術(shù)，制備出了高質(zhì)量不同層厚的 Bi2Se3 為殼層的復(fù)合結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)(如圖1)，并系統(tǒng)研究了其光熱轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到目前最好水平（近30%），具有很好的光熱穩(wěn)定性（如圖2），并解釋了其光熱轉(zhuǎn)換的微觀機(jī)制。

圖2 CdSe/Bi2Se3 核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)的光熱轉(zhuǎn)換及光熱穩(wěn)定性。

 該發(fā)現(xiàn)為制備具有層狀生長習(xí)性的Bi2Se3量子點(diǎn)材料提供了一個(gè)新的思路，為進(jìn)一步研究拓?fù)浣^緣體納米材料物性打下了基礎(chǔ)，該方法可以拓展到其他材料體系的制備。該工作得到了科技部量子調(diào)控項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金的支持。研究成果發(fā)表在《Nano Research》上，相關(guān)工作全文鏈接如下：

http://link.springer.com/article/10.1007/s12274-014-0629-2