膠體半導(dǎo)體納米晶體是一類重要的材料，具有許多理想的光電特性。在體相中，含鎵和鋁的 III?V 材料（例如 GaAs、GaP 和 Al1?xGaxAs）代表了一些技術(shù)上最重要的半導(dǎo)體。然而，由于結(jié)晶這些高共價(jià)材料需要高溫以及在如此高的溫度下Ga-和Al-前體對(duì)有機(jī)溶劑的極端反應(yīng)性，用傳統(tǒng)方法合成它們的膠體是很困難的。最近開(kāi)發(fā)的這些材料合成的范式轉(zhuǎn)變是使用熔融無(wú)機(jī)鹽作為溶劑，通過(guò)相應(yīng)的磷化銦（InPn）膠體納米晶體的陽(yáng)離子交換來(lái)制備含Ga的III-V膠體納米晶體。熔鹽溶劑已成功應(yīng)用于制備III-磷化物膠體納米晶。然而，人們對(duì)相關(guān)反應(yīng)條件下這些反應(yīng)環(huán)境的性質(zhì)知之甚少，III-砷化物膠體納米晶體的合成仍然具有挑戰(zhàn)性。
在此，芝加哥大學(xué)Dmitri V. Talapin報(bào)道了一項(xiàng)使用名義上路易斯堿性熔鹽溶劑并添加鹵化鎵的 InPn 納米晶體陽(yáng)離子交換的詳細(xì)研究。
文章要點(diǎn)
1）令人驚訝的是，這些鹽系統(tǒng)相分離成兩個(gè)不混溶的相，并且納米晶體優(yōu)先偏析到其中一相。使用一套原位光譜工具，研究人員確定了納米晶體偏析為路易斯中性堿金屬四鹵沒(méi)食子酸鹽熔鹽的相。
2）研究人員應(yīng)用原位高溫拉曼光譜來(lái)識(shí)別在實(shí)驗(yàn)相關(guān)反應(yīng)條件下幾種熔鹽組合物中存在的化學(xué)物質(zhì)，以闡明所觀察到的反應(yīng)性的分子基礎(chǔ)。然后，采用路易斯中性 KGaI4 熔鹽制備高質(zhì)量的 In1?xGaxAs 和 In1?xGaxP 納米晶體，并證明在 III 砷化物材料的情況下，偏離路易斯中性條件會(huì)加速納米晶體的分解。此外，研究人員擴(kuò)展到基于 KAlI4 的熔鹽來(lái)制備 In1?x?yGaxAlyAs 納米晶體，它代表了溶液合成的四元 III-V 納米晶體的一個(gè)例子。
這些見(jiàn)解為熔鹽溶劑的合理開(kāi)發(fā)提供了分子基礎(chǔ)，從而可以制備多種多組分 III-V 膠體納米晶體。
參考文獻(xiàn)
Justin C. Ondry, et al, Synthesis of Ternary and Quaternary Group III-Arsenide Colloidal Quantum Dots via HighTemperature Cation Exchange in Molten Salts: The Importance of Molten Salt Speciation, ACS Nano, 2023
DOI: 10.1021/acsnano.3c09490
https://doi.org/10.1021/acsnano.3c09490
