纳米晶体的突破可以使电视更亮，太阳能电池板更高效

诸平

Curtin University researchers have made a breakthrough in nanotechnology by discovering how to increase molecule adhesion to nanocrystals, potentially improving a wide range of everyday technologies. By studying how the shape of zinc sulfide nanocrystals affects the attachment of ligands, the researchers found that flatter shapes, such as nanoplatelets, allow for better molecular attachment.

据澳大利亚柯廷大学(Curtin University)2024年10月19日提供的消息，纳米晶体的突破可以使电视更亮，太阳能电池板更高效(Nanocrystal Breakthrough Could Make TVs Brighter and Solar Panels More Efficient)。

科廷大学的贾国华（Guohua Jia音译）副教授与中国多家机构的研究人员合作发现，优化硫化锌(ZnS)纳米晶体的形状可以改善分子的粘附性，从而导致LED、太阳能电池板和医疗诊断(medical diagnostics)等设备的进步。

科廷大学领导（Curtin-led）的一项澳中合作新研究，发现了一种增强分子与微小纳米晶体表面粘附的方法，这一突破可能会导致日常技术的进步，从更亮的电视屏幕和改进的医疗诊断到更高效的太阳能电池板。相关研究结果于2024年10月13日已经在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）网站在线发表——Wei Chen, Han Xiao, Minyi Zhang, Cuifang Wang, Jiayi Chen, Rundong Mao, Linwei Jiang, Hsien-Yi Hsu, Mark A. Buntine, Zongping Shao, Xuyong Yang, Chunsen Li, Andrey L. Rogach, Guohua Jia. Deciphering Surface Ligand Density of Colloidal Semiconductor Nanocrystals: Shape Matters. Journal of the American Chemical Society, 13 October 2024. DOI: 10.1021/jacs.4c09592. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c09592

参与此项研究的有来自澳大利亚西澳本特利的科廷大学（Curtin University, Bentley, Western Australia, Australia）、中国科学院福州物质结构研究所（Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, Chinese Academy of Sciences, Fuzhou, Fujian, P. R. China）、中国香港城市大学（City University of Hong Kong, Hong Kong SAR, P. R. China）、中国香港城市大学深圳研究院（Shenzhen Research Institute of City University of Hong Kong, Shenzhen, P. R. China）、中国上海大学（Shanghai University, 149 Yanchang Road, Shanghai, P. R. China）以及中国厦门福建省理论与计算化学重点实验室（Fujian Provincial Key Laboratory of Theoretical and Computational Chemistry, Xiamen, Fujian, P. R. China）的研究人员。.

该研究的共同通讯作者之一、科廷大学分子与生命科学学院的贾国华副教授表示，该研究调查了硫化锌纳米晶体的形状如何影响分子（即配体）粘附在表面的程度。

贾国华副教授说：“在各种重要技术中，配体在控制硫化锌纳米晶体的行为和性能方面发挥着重要作用。我们的研究发现，与其他形状的纳米点和纳米棒相比，更平坦、更均匀的纳米板可以让更多的配体紧密附着，这一发现可能为开发更智能、更先进的设备开辟了新的可能性。”可以参看来自中国科学院福建物质结构研究所肖晗博士（Dr. Han Xiao）、张敏熠博士（Dr. Minyi Zhang）、李春森教授（Professor Chunsen Li）提供的视图。

通过形状控制提高设备效率（Enhancing Device Efficiency Through Shape Control）

“通过调整这些粒子的形状，我们能够控制它们如何与周围环境相互作用，并使它们在各种应用中更有效。从更亮的LED灯和屏幕到更高效的太阳能电池板和更详细的医疗成像，控制颗粒形状的能力可能会彻底改变产品的效率和性能。”

贾国华副教授表示，这一发现可以提高光电子器件的性能，光电子器件可以产生光，也可以利用光来完成它们的功能。“光电子器件在许多现代技术中都很重要，包括电信、医疗设备和能源生产。有效操纵光和电的能力对于更快、更高效、更紧凑的电子系统的发展至关重要。这包括LED，它将电能转化为光，被用于从灯泡到电视屏幕的所有东西，以及将光能转化为电能的太阳能电池，利用阳光为设备供电。

这一发现可能会推动其他设备的发展，包括光电探测器，它可以感知光并将其转换为电信号，比如在相机和传感器中，以及用于光纤通信（fibre-optic communication）的激光二极管，它可以将电信号转换为光以进行数据传输。”

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

Abstract

Surface chemistry of colloidal semiconductor nanocrystals (NCs) is of paramount importance because it profoundly impacts their physical and chemical properties, processing, and performance. Herein, we report the effect of the shape of ZnS NCs in terms of nanodots, nanorods, and nanoplatelets (NPL) on the surface ligand density (LD) of the commonly used oleylamine (OLA) ligand by combining three experimental quantification techniques (e.g., thermogravimetric analysis-differential scanning calorimetry, 1H nuclear magnetic resonance spectroscopy, and inductively coupled plasma-optical emission spectrometry) with the semiempirical molecular dynamics (MD) simulations. Consistent results on the surface LD derived by the aforementioned three independent techniques were obtained, presenting an ascending order of LD_dots < LD_rods < LD_NPLs. MD simulations reveal that the highest LD for ZnS NPLs can be attributed to their extremely flat and uniform surfaces with regular distribution of surface Zn atoms for the OLA molecules to achieve parallel and tight stacking, while for ZnS nanodots and nanorods, their surfaces may have staggered arrangement and multisteps, making it unlikely for the OLA ligand to adopt the tight ligand stacking mode. The finding revealed in this work not only sheds light on the constitution of the molecule ligand shell of NCs, which is helpful for their rational morphology control, but also provides an additional and important knob for tuning their chemical functionality.