研究目的
开发和实现能够高效上转换光子的纳米尺度异质结构，用于生物医学成像、靶向药物递送和太阳能收集应用。
研究成果
研究表明，胶体半导体异质结构可在连续波光照及相当于未聚光太阳光谱的光子通量条件下实现光子上转换。通过系统运用半导体异质结构工程方法，这些异质结构的上转换性能实现了百倍提升。未来通过宽带隙壳层钝化表面缺陷，有望获得进一步改进。
研究不足
上转换异质结构的性能受限于表面缺陷以及载流子从发射体到吸收体量子点的热驱动扩散。当通过宽带隙壳层钝化表面缺陷时，性能提升幅度可达100倍。
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在半导体异质结构中实现高效的光子上转换工程
DOI：10.1021/acsnano.8b07062
期刊：ACS Nano
出版年份：2018
更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要：
光子上转换是一种将两个低能光子转化为一个高能光子的光物理过程。该技术在生物医学成像、靶向药物释放及太阳能收集等领域具有广泛应用前景。现有上转换纳米体系（包括镧系掺杂纳米晶体和三重态-三重态湮灭分子）虽已实现10-30%量级的上转换量子产率，但其性能受限于原子/离子/分子态固有的窄吸收截面与固定能级结构。相比之下，半导体材料具有天然宽吸收截面的优势，且最新研究进展使得具有复杂异质结构的胶体半导体纳米粒子合成成为可能，这类材料能精准调控能带排列并优化光学特性。
我们成功合成并表征了一种能在连续波光照及太阳光相关光子通量下实现光子上转换的三组分异质结构。该结构由作为吸收体和发射体的两个硒化镉量子点（通过硫化镉纳米棒空间隔离）组成。研究表明，半导体异质结构工程原理可有效提升上转换效率：首先消除吸收量子点表面的电子陷阱态，继而定制纳米棒的带隙结构以定向输运载流子至发射量子点。这两项改进协同作用使光子上转换性能提升达100倍。
作者：
Christopher C. Milleville，Eric Y. Chen，Kyle R. Lennon，Jill M. Cleveland，Abinash Kumar，Jing Zhang，James A. Bork，Ansel Tessier，James M. LeBeau，D. Bruce Chase，Joshua M. O. Zide，Matthew F. Doty
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