点亮纳米科学的量子点——2023年诺贝尔化学奖浅谈

doi:10.3866/PKU.DXHX202311076

大学化学 >> 2024, Vol. 39 >> Issue (1): 1-6.doi: 10.3866/PKU.DXHX202311076

点亮纳米科学的量子点——2023年诺贝尔化学奖浅谈

孙聆东(), 王颖霞()

北京分子科学中心, 北京大学化学与分子工程学院, 北京 100871

收稿日期:2023-11-20 录用日期:2023-11-30 发布日期:2023-12-11
通讯作者: 孙聆东,王颖霞 E-mail:sun@pku.edu.cn;yxwang@pku.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(22031002);国家自然科学基金(21931001);国家自然科学基金(21927901)

Quantum Dots: Light up Nanoscience — A Brief Introduction to the Nobel Prize in Chemistry 2023

Lingdong Sun(), Yingxia Wang()

Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871, China

Received:2023-11-20 Accepted:2023-11-30 Published:2023-12-11
Contact: Lingdong Sun, Yingxia Wang E-mail:sun@pku.edu.cn;yxwang@pku.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

随着化学学科的发展，人们能够制备出的化合物种类越来越多，对物质的研究也遍及不同的尺度：从宏观到微观以及二者之间的介观——通常在纳米量级。在纳米尺度上，很多材料的性质表现出与尺寸之间的关联效应，量子点就是其中最典型的代表。量子点指尺寸与其激子波尔半径相近时表现出尺寸依赖的量子效应的一类半导体，在保持组成不变的前提下，通过尺寸调控就可以改变其带隙以及相应的吸收和发射光谱。这一特性为半导体纳米材料的研究与应用带来了新的机遇。2023年诺贝尔化学奖授予量子点的工作，赞扬其点亮纳米科学。本文主要围绕三位获奖科学家的工作，从量子点的发现和合成的研究历程出发，对相关的科学发展和事件做简要的总结和评述。

关键词: 量子尺寸效应, 量子点, 纳米科学, 合成化学

Abstract:

With the advancement of the field of chemistry, the synthesis of an increasingly diverse range of compounds has become feasible. The study of substances now encompasses various scales: from macroscopic to microscopic, often extending into the mesoscopic domain, typically at the nanoscale. At the nanometer scale, many materials manifest size-dependent effects, with quantum dots standing out as the most prominent representative. Quantum dots denote a class of semiconductors that exhibit size-dependent quantum effects when their dimensions closely approach the exciton Bohr radius. Through meticulous size control while preserving a consistent chemical composition, it is plausible to modulate the bandgap along with the accompanying absorption and emission spectra. This characteristic brings new opportunities for the research and application of semiconductor nanomaterials. The 2023 Nobel Prize in Chemistry was awarded to quantum dots and claimed that they light up nanoscience. Combining the three Nobel laureates' work, this article embarks upon the historical trajectory of the discovery and synthesis of quantum dots, offering a concise overview of the pertinent scientific achievements.

Key words: Quantum size effect, Quantum dots, Nanoscience, Synthesis chemistry

孙聆东, 王颖霞. 点亮纳米科学的量子点——2023年诺贝尔化学奖浅谈[J]. 大学化学, 2024, 39(1): 1-6.

Lingdong Sun, Yingxia Wang. Quantum Dots: Light up Nanoscience — A Brief Introduction to the Nobel Prize in Chemistry 2023[J]. University Chemistry, 2024, 39(1): 1-6.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.DXHX202311076

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2024/V39/I1/1

图/表 1

参考文献 30

1	Tiny 'Quantum Dot' Particles Win Chemistry Nobel Nature 2023, 622, 227. doi: 10.1038/d41586-023-03048-9
2	Quantum dots—Seeds of Nanoscience. [2023-11-28]. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2023/press-release/
3	Ekimov A. I. ; Onushchenko A. A. ; Tsekhomskii V. Sov. Glass Phys. Chem. 1980, 6, 5.
4	Ekimov A. I. ; Onushchenko A. A. JETP Lett 1981, 34, 345.
5	Efros A. L. ; Efros A. L. Sov. Phys. Semicond. 1982, 16 (7), 772.
6	Rossetti R. ; Brus L. J. Phys. Chem. 1982, 86, 4470. doi: 10.1021/j100220a003
7	Rossetti R. ; Nakahara S. ; Brus L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 1086.
8	Efros A. L. ; Brus L. E. ACS Nano 2021, 15 (4), 6192. doi: 10.1021/acsnano.1c01399
9	Wang F. ; Tang R. ; Buhro W. E. Nano Lett. 2008, 8, 3521. doi: 10.1021/nl801692g
10	Murray C. B. ; Norris D. J. ; Bawendi M. G. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 8706. doi: 10.1021/ja00072a025
11	Hines M. A. ; Guyot-Sionnest P. J. Phys.Chem. 1996, 100, 468. doi: 10.1021/jp9530562
12	Heinze D. ; Breddermann D. ; Zrenner A. ; Schumacher S. Nat. Commun. 2015, 6, 8473. doi: 10.1038/ncomms9473
13	Nirmal N. ; Dabbousi B. O. ; Bawendi M. G. ; Macklin J. J. ; Trautman J. K. ; Harris T.D ; Brus L. E. Nature 1996, 383, 802. doi: 10.1038/383802a0
14	Murray C. B. ; Kagan C. R. ; Bawendi M. G. Science 1995, 270, 1335. doi: 10.1126/science.270.5240.1335
15	Kovalenko M. V. ; Scheele M. ; Talapin D. V. Science 2009, 324, 1417. doi: 10.1126/science.1170524
16	Peng X. ; Manna L. ; Yang W. ; Wickham J. ; Scher E. ; Kadavanich A. ; Alivisatos A. P. Nature 2000, 404, 59. doi: 10.1038/35003535
17	Xu J. ; Voznyy O. ; Liu M. ; Kirmani A. R. ; Walters G. ; Munir R. ; Abdelsamie M. ; Proppe A. H. ; Sarkar A. ; de Arquer F. P. G. ; et al Nat. Nanotechnol 2018, 13, 456. doi: 10.1038/s41565-018-0117-z
18	Son D. H. ; Hughes S. M. ; Yin Y. ; Alivisatos A. P. Science 2004, 306, 1009. doi: 10.1126/science.1103755
19	Qu L. ; Peng Z. A. ; Peng X. Nano Lett. 2001, 1, 333. doi: 10.1021/nl0155532
20	Fang M. ; Peng C. W. ; Pang D.-W. ; Li Y Cancer Biol. Med. 2019, 9, 151.
21	Bruchez M.Jr. ; Moronne M. ; Gin P. ; Weiss S. ; Alivisatos A. P. Science 1998, 281, 2013. doi: 10.1126/science.281.5385.2013
22	Chan W. C. W. ; Nie S. Science 1998, 281, 2016. doi: 10.1126/science.281.5385.2016
23	Stroh M. ; Zimmer J. P. ; Duda D. G. ; Levchenko T. S. ; Cohen K. S. ; Brown E. B. ; Scadden D. T. ; Torchilin V. P. ; Bawendi M. G. ; et al Nat. Med 2005, 11, 678. doi: 10.1038/nm1247
24	Jun S. ; Jang E. Chem. Commun. 2005, 4616
25	Macklin J. J. ; Trautman J. K. ; Harris T. D. ; Brus L. E. Science 1996, 272, 255. doi: 10.1126/science.272.5259.255
26	Sfeir M. Y. ; Wang F. ; Huang L. ; Chuang C. ; Hone J. ; O'Brien S. P. ; Heinz T. F. ; Brus L. E. Science 2004, 306, 1540. doi: 10.1126/science.1103294
27	Rabani E. ; Reichman D. R. ; Geissler P. L. ; Brus L. E. Nature 2003, 426, 271. doi: 10.1038/nature02087
28	Won Y.-H. ; Cho O. ; Kim T. ; Chung D.-Y. ; Kim T. ; Chung H. ; Jang H. ; Lee J. ; Kim D. ; Jang E. Nature 2019, 575, 634. doi: 10.1038/s41586-019-1771-5
29	Montanarella F. ; Kovalenko M. V. ACS Nano 2022, 16, 5085. doi: 10.1021/acsnano.1c11159
30	Akkerman Q. A. ; Rainò G. ; Kovalenko M. V. ; Manna L. Nat. Mater. 2018, 17 (5), 394. doi: 10.1038/s41563-018-0018-4

[1]	张灵棋, 黄海容, 李佳霖, 吉丽, 潘宇凡, 叶美玲, 陈翠雪, 彭淑女. 桂花碳量子点的绿色制备及科普应用方案[J]. 大学化学, 2025, 40(8): 298 -306 .
[2]	刘怡帆, 彭浩南. AI辅助开启化学的新篇章——人工智能在化学领域的应用与发展综述[J]. 大学化学, 2025, 40(7): 189 -199 .
[3]	汪快兵, 毛菲菲, 章维华, 吕波. 基于稻壳制备生物质碳点的综合教学实验设计与实践[J]. 大学化学, 2025, 40(5): 342 -350 .
[4]	李亚娟, 桑商斌, 陈万松, 陈立妙, 李娟, 刘又年, 黄健涵. 固基础、强应用的无机合成化学课程教学设计[J]. 大学化学, 2025, 40(2): 175 -183 .
[5]	庄淑婷, 赵丽达. 以学定教，融教于研——微塑料废弃物制备碳量子点的综合实验设计[J]. 大学化学, 2025, 40(10): 217 -224 .
[6]	张鸽, 任敏, 汪越. 基于深度学习的有机合成化学课程思政教学设计——以“自由基反应及其应用”为例[J]. 大学化学, 2025, 40(1): 91 -98 .
[7]	司澄澄, 柴林杉, 刘慧媛, 孙丽晔, 程仕健, 李海玲, 王文云, 刘芳, 冯清, 刘敏. 哈利波特中国行主题创新科普实验——武汉站：化学魔法与现实世界的交融[J]. 大学化学, 2024, 39(9): 283 -287 .
[8]	刘建军, 杨雪, 张弛, 赵雪钰, 张志玮, 陈咏梅, 徐庆红, 金劭. CdTe半导体量子点的制备及其荧光性能测定[J]. 大学化学, 2024, 39(7): 307 -315 .
[9]	何苗苗, 葛志青, 周强, 何家庆, 弓弘, 李玲玲, 朱平平, 邵伟. 走进量子点的奇妙世界[J]. 大学化学, 2024, 39(6): 231 -237 .
[10]	于存明, 田东亮, 陈静, 杨青林, 刘克松, 江雷. 化学“101计划”合成化学实验课程建设——仿生超疏水功能材料的合成与性能[J]. 大学化学, 2024, 39(10): 101 -106 .
[11]	陈洪燕, 侯雅君, 胡水, 韦卓勋, 朱芳, 苏成勇. 化学“101计划”合成化学实验课程建设[J]. 大学化学, 2024, 39(10): 58 -63 .
[12]	周文理, 张兵, 宋文丽, 张吉林, 邱忠贤, 韩跃, 李承志, 余丽萍. 全无机钙钛矿量子点的疏水改性及LED应用——推荐一个本科生综合化学实验[J]. 大学化学, 2023, 38(8): 192 -199 .
[13]	刘子卓, 赵伟, 田浩文, 葛明威, 铎悠洋, 刘安安, 邱晓航. CdSe量子点的制备及其光学性质调控[J]. 大学化学, 2023, 38(10): 293 -299 .
[14]	张苑, 简娜, 闫芙堃, 苗荣, 丁立平. 糖葫芦的发光之旅——从中华美食到碳量子点材料[J]. 大学化学, 2022, 37(9): 2201040 - .
[15]	童新阳, 葛子健, 刘煜超, 姚奇志, 李玲玲. 厨余物的“高光”时刻——从厨余垃圾到碳量子点的居家制备及应用探究[J]. 大学化学, 2022, 37(5): 2109082 - .

点亮纳米科学的量子点——2023年诺贝尔化学奖浅谈

Quantum Dots: Light up Nanoscience — A Brief Introduction to the Nobel Prize in Chemistry 2023

RichHTML

PDF

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 1

参考文献 30

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0