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日前，杜希文教授研究组开发出环保高效的单分散量子点合成新工艺，成果发表在Nature Communications（自然通信）上，这是世界上首次报道物理方法合成单分散量子点。
量子点，又称为半导体纳米晶，是一种由II－VI族或III－V族元素组成的纳米颗粒。量子点的粒径一般介于1～10 nm之间， 由于电子和空穴被强烈受限在微小体积内，使量子点具有了量子限制效应，表现出许多独特的物理性质，比如量子点的发光波长随尺寸变化连续可调，量子点受到一个光子照射后可以产生多个自由电子，使其光电转化效率相比于体材料的半导体成倍提高等等。基于这些独特的优势，量子点在太阳能电池、发光器件、生物标记等领域具有广阔的应用前景。尺寸差别小于10％的量子点被称为单分散量子点，这种粒径均匀的单分散量子点由于其良好的可加工性和性能一致性，在纳米电子学器件中具有极大的应用潜力。
传统的量子点制备工艺多采用胶体化学方法，这是一种“自下而上”的方法，即采用多种前驱体在高温下发生化合反应得到目标分子，然后成千上万个目标分子堆积聚集生长成一个量子点。这种方法不仅需要复杂的前驱体，而且合成过程耗时很长，少则几个小时多则几天的时间。此外为了获得均匀的单分散量子点，通常使用表面活性剂，而表面活性剂会影响下一步的使用，要通过复杂的工序予以去除。因此胶体化学的方法会产生大量的污染物，对环境造成了沉重的负担。
量子点材料与器件研究组经过多年探索，独辟蹊径，提出了“自上而下”单分散量子点合成工艺，该工艺采用“温和”的长脉宽红外激光辐照大颗粒半导体的悬浮液，将不均匀的大颗粒转变成单分散的细小量子点。这种工艺的关键之处在于巧妙地利用了量子点的量子限制效应：大尺寸的半导体颗粒带隙较窄，可以吸收长脉宽红外激光，被加热气化，再重新凝聚成很小的量子点。而一旦变成量子点，由于量子限制效应，其光学带隙变宽，就变得对红外激光透明，从而免于被激光加热破坏。在这种作用下，大颗粒的半导体不断被加热破坏，而粒径均一的小尺寸量子点不断形成，最终溶液中只剩下单分散量子点。由于这种工艺本质上是一种物理破碎，原料广泛，甚至可以使用直接开采的矿石，因此绿色环保，整个过程几乎不产生任污染物。而激光法具有方便快捷的特征，只需短短几分钟就能够获得高质量的单分散量子点。
预计未来这一清洁技术可以帮助获得更加廉价的量子点，使其在疾病诊断、水污染检测、光电转换等领域发挥更加显著的作用。
