有序紧密组装量子点超粒子增强光电效应

　　随着纳米材料自组装技术的快速发展，纳米粒子可作为“人工原子”在三维空间内进行有序排列形成，从而形成具有复杂晶体结构的“超粒子”。这种新型的“超粒子”组装材料是否能带来有别于单分散纳米粒子的“集体效应”是当今科学研究的热点。然而，在保持超粒子结构完好的情况下，如何克服纳米粒子之间大的间距所引起的电子或能量传递阻碍仍是一个问题。中国科学院化学研究所王铁研究员团队通过控制纳米粒子表面配体构象，提高了超晶格的电子能量转移效率。 

　　该研究组利用量子点纳米粒子，通过温度控制的乳化自组装法构建了一种有序、紧密排列的三维球形组装体，称为“超粒子”。该方法保持了纳米颗粒原始的表面结构，利用微环境的极性变化实现了对量子点表面配体构象的控制：伴随着有机相的挥发及乳化液滴的塌陷，量子点表面的配体由“伸展态”变为“倒塌态”，从而将组装体内平均颗粒间距控制在亚纳米范围（约0.3nm），量子点以面心立方结构排列形成有序、紧密排列的“超粒子”。这种有序、紧密的排列促进了量子点耦合和颗粒间电子能量转移，并实现独特“集体效应”：与疏松的组装体相比，有序紧密组装的“超粒子”不但改变了激发/发射光谱和荧光寿命，更是将表面光电压提高了约8.5倍，并大幅提高光催化降解有机污染物的效率。 

　　利用北京同步辐射装置1W2A线站的小角X射线散射（SAXS）研究了量子点中心之间的晶体结构和周期间距。有序超粒子的SAXS谱展现了fcc结构的（111）、（200）、（220）和（311）四个Miller指数峰，峰值计算的晶格常数分别为4.91nm（111）面和4.25nm（200）面。无序的超粒子对应的SAXS谱图为宽峰，峰位向较小的角度方向移动（q=1.20nm^-1），揭示了无序超粒子中量子点排布的无序性和量子点之间间距增大。另外，有序二维阵列所对应的SAXS峰展现了一个更大的量子点间距（q=1.04nm^-1）。在这项研究工作中，同步辐射光源为该研究明确认识了量子点之间的间距及超粒子结构的变化对性能的影响提供了科学的依据。 

　　发表文章： 

Dan Luo, Xiaoyun Qin, Qian Song, Xuezhi Qiao, Zhen Zhang, Zhenjie Xue, Cong Liu, Guang Mo, and Tie Wang*, Ordered superparticles with an enhanced photoelectric effect by sub-nanometer interparticle distance. Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 1701982.