摘要：近期，芝加哥大学Dmitri Talapin教授团队在Science期刊上发表了题为「Reductive pathways in molten inorganic salts enable colloidal synthesis of III-V semico

近期，芝加哥大学Dmitri Talapin教授团队在Science期刊上发表了题为「Reductive pathways in molten inorganic salts enable colloidal synthesis of III-V semiconductor nanocrystals」的最新论文。科学家们提出使用熔融无机盐作为溶剂，利用其更高的热稳定性和更宽的电化学窗口来进行胶体合成。通过这一方法，研究者成功合成了具有强光致发光特性的GaAs纳米晶，并展示了熔盐溶剂在III-V族半导体胶体材料合成中的巨大潜力。

研究背景

胶体量子点是具有尺寸依赖性光电特性的纳米晶体，因其在显示器、激光器、光电探测器和太阳能电池等领域的广泛应用，成为了研究热点。然而，目前在III-V族半导体中，尤其是砷化镓（GaAs）的胶体合成面临着一些关键挑战。例如，尽管II-VI和IV-VI族半导体已实现了对尺寸、形状和物理特性的高度控制，但基于传统有机溶剂的低温合成方法无法得到高质量的GaAs纳米晶，且合成的材料缺乏带边发光特性。高温有助于减少晶体缺陷，但与有机溶剂不兼容。

（1）实验首次通过高温熔盐胶体合成方法，成功制备了砷化镓 (GaAs)、磷化镓 (GaP)、GaP1-yAsy和GaAs1-ySby 等III-V族胶体半导体纳米晶。熔盐环境下的高温合成方法首次应用于这些纳米晶材料的直接成核和生长，解决了此前通过溶液法无法合成高质量胶体半导体的问题。

（2）实验通过控制熔盐氧化还原化学以及添加熔盐「表面活性剂」实现了纳米晶的形状控制，合成的砷化镓量子点展示了尺寸依赖的带边光致发光（PL）。此外，该方法还成功推广到其他III-V族固溶体材料，如In1-xGaxP和In1-xGaxAs等，这些纳米晶展现出优良的光物理性能，表明熔盐作为溶剂在胶体半导体合成中的广阔应用前景。

图1 | 在熔盐溶剂中控制氧化还原电位对III-V族纳米晶转化的重要性。

图2 | 熔盐氧化还原化学反应。

图3 | 在熔盐溶剂中直接合成砷化镓纳米晶。

图4 | 盐类添加剂实现形状控制。

图5 | 扩展熔盐介质在III-V族胶体纳米晶合成中的化学多样性。

科学启迪

本文的研究成果为熔盐环境中的胶体合成提供了新的思路，展示了熔盐氧化还原化学在合成III-V族量子点中的重要潜力。首先，通过将传统有机溶剂中的表面活性剂概念转化到熔盐中，研究人员成功实现了对胶体纳米晶的精确控制。这表明，熔盐不仅具备更高的热稳定性和化学稳定性，还能在高温下合成缺陷较少的半导体材料，从而扩展了合成策略的多样性。

其次，该研究揭示了在熔盐中可控地成核和生长半导体纳米晶的能力，这一发现为量子点的规模化生产提供了新的可能性。研究者们通过阳离子交换与直接合成相结合的方式，成功制备了多种新型的胶体III-V族量子点。这不仅为未来的光电子学应用提供了丰富的材料基础，还为量子信息科学和光催化等新兴领域的研究开辟了广阔的前景。

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来源：Future远见