距离2023年诺贝尔化学奖公布还有几个小时,瑞典媒体《Aftonbladet》突然报道:瑞典皇家科学院的电子邮件不小心提前泄露了2023年诺贝尔化学奖得主的名字,其中提到获奖者是Moungi G. Bawendi、Louis E. Brus和Alexei I. Ekimov。
路透社报道称,另一家瑞典报纸《Dagens Nyheter》引用了科学院的一封电子邮件,其中写道:“2023年的诺贝尔化学奖奖励了量子点的发现与发展,这些纳米颗粒非常小,其大小决定了它们的性质。
”刚刚,瑞典皇家科学院的新闻发布会证明,这些提前泄露的获奖人名字和获奖理由都是真的,2023年诺贝尔化学奖授予美国麻省理工学院的Moungi G. Bawendi、美国哥伦比亚大学的Louis E. Brus和俄罗斯物理学家Alexei I. Ekimov。获奖理由是:奖励量子点的发现与合成。
提到量子点,映入脑海的无疑是下面这一张标志性的照片。
黑暗中,在紫外灯的照射下,一排试管中的溶液,发出从蓝到红、摄人心魄的纯粹光芒。那么,什么是量子点呢?为什么量子点能发出如此绚丽的光彩?我们所说的量子点,又称半导体纳米晶,是由数百或数千原子组成、尺寸一般小于20纳米的半导体晶体颗粒。半导体材料是信息社会的基石,一般是由具有重复单元结构的晶体组成,其半导体性质是由重复单元的类型所决定。
由于量子点的尺寸进入纳米尺度,半导体纳米晶体内部重复单元的数目有限,导致材料的电子结构发生很大的变化。
量子点领域蓬勃发展的基础是量子点合成化学:应用现代化学的合成方法和思想,为整个领域提供了结构多样、性能丰富的高质量材料。量子点合成化学在1990年到1993年之间取得了一次突破,出现了一种“金属有机-配位溶剂-高温”合成路线。
这个方法发明于Bell实验室,成熟于Moungi Bawendi在MIT的课题组。它以二甲基镉作为镉源,在高温(300摄氏度左右)、有机配位溶剂中合成高质量的硒化镉量子点。该方法对于整个量子点领域的研究都具有里程碑式意义。Moungi Bawendi也因此分享了诺贝尔奖!但由于该合成路线借鉴于“金属有机气相沉积”方法,使用了高毒性、具有爆炸性的原料——二甲基镉,不利于大规模推广。
量子点由于其丰富的物理化学性质,吸引了很多学者投身其中。经过基础研究的不懈探索,形成了很多重要的前沿技术。例如,量子点高效稳定的发光特性,使其成为一类经典的荧光标记材料,在生物检测和医学成像领域,被广泛应用于科学研究和体外检测中,推动了成像和检测技术的发展。另一方面,量子点具有窄发射和发光色彩可调的特性,使其成为显示领域的新一代发光材料体系。
同时,量子点在太阳能电池、红外探测成像、光催化、量子光源等领域的应用也获得长足的发展。
量子点研究中的中国力量也不容忽视。近年来,通过不懈的努力,中国科学人在量子点合成、量子点发光二极管(QLED)、量子点病毒标记、钙钛矿量子点显示应用等研究方向取得了原创的引领性成果。
清华大学的李亚栋院士、中科院化学所的李永舫院士、中科院理化所的吴骊珠院士、苏州大学的高明远教授、南开大学的庞代文教授等是最早在国内开展量子点研究的一批学者。彭笑刚教授在2009年回国后加入浙江大学,致力于量子点激发态化学调控研究和产业化开发,并激励了周围一批年轻学者投身量子点领域的研究。
回首量子点的发展历程,可以说,2023年诺贝尔化学奖颁发给Bawendi教授,Brus教授和Ekimov教授,是众望所归。量子点犹如璀璨的星辰,四十年来在科学的天空中不断闪耀。我们相信,量子点作为新一代的激子型无机半导体材料,必将以其优异的光电性能和灵活的溶液加工特性,在未来照亮人类的生活,展现出量子点诺奖之外的更多精彩!