涨姿势！小学生都会！在18年前能发Nature冲院士，40年前研究还能拿诺奖！

量子点，现在小学生都会合成

量子点看似性质奇特，其实合成一点也不高大上，已经是‘飞入寻常百姓家‘的简单材料。

万物皆可制备成量子点，尤其是钙钛矿量子点，备受关注的原因之一就是合成极其简单。

如下图，这种量子点的合成，可以说‘有手就行’，方便给小学生做科普，既简单又酷炫。

具体步骤：将量子点的原料溶解在极性溶剂中，然后将少量的溶剂快速加入到非极性溶剂中，这时候过饱和度快速增大，产生形核，可以通过搅拌、温度、配体等来控制形核-长大速率，制备出不同尺寸的量子点材料。

上述的合成方法是属于化学法合成量子点，这种将原子级别的原料组装成几纳米尺寸的量子点，是属于自底向上（bottom-up）方法，这种方法的先驱是今年诺贝尔奖获得者Louis Brus，下图是通过这种方式合成的量子点TEM图像。

对应的另一种合成方法——自顶向下（top-down），从块体材料出发,原料尺寸大，通过光刻等手段将其‘裁剪‘为量子点尺寸，但是这类量子点通常尺寸较大,为 50-100 nm，这种方法也比较贵

18年前的量子点发Nature能冲院士

虽然现在量子点的合成已经很成熟，但是18年前还是一片蓝海。某位美国院士说破：在科学上的探索就像在原始森林里探险，收获大的，是那种能爬上高树的顶端通观全局，找到最有潜力的方向，再回到地面披荆斩棘，向前冲锋的人。

在18年前，一篇Nature横空出世。李亚栋老师于2005年在《Nature》杂志上发表了一篇开创性的研究论文，提出了一种简单而高效纳米晶合成的LSS法（Liquid-Solid-Solution）。这项研究填补了当时量子点合成方面的重要空白，对纳米材料合成领域产生了深远影响。

LSS的合成操作相当简单，属于‘大老粗‘的办法，但是越简单的越实用，能冲顶刊！LSS发方法就是依次将一定量水相原料（solution，S相)、固相原料(solid，S相)以及乙醇和亚油酸的混合液(liquid，L相)加入水热釜，混合搅拌，在一定温度下水热反应就可以得到量子点了。下图是Nature正文图。

https://www.nature.com/articles/nature03968#Sec2

这种‘大老粗‘的办法，其实是非常巧妙的构造了两个界面，用来控制‘形核-长大’的反应速度。通过设计配体和溶剂，非常丝滑地将产物分离到底部。总的来说，LSS体系灵活度非常高，普适性强，产物易分离，是一种非常实用的合成方法。

特别值得一提的是，这篇具有划时代意义的《Nature》论文不仅仅引领了纳米材料合成的新方向，目前已经被引用2368次，这也为李亚栋教授赢得了高度认可。在2011年，李亚栋教授当选为中国科学院院士。

看看四十年前诺奖级别工作

诺奖的滞后性一直受人诟病，Bawendi大牛的量子点神作已经是30年前了，等诺奖等了30年。

Bawendi教授1961年3月出生于法国巴黎，Bawendi教授1982年本科毕业于哈佛大学，1988年博士毕业于芝加哥大学。博士毕业之后经过在贝尔实验室两年的博后阶段训练，入职于麻省理工学院。1995年成为副教授，1996年成为正教授，，授2002年成为美国科学促进会会士、2004年成为美国人文与科学学院院士、2007年成为美国国家科学院院士，2023年获得诺贝尔化学奖。

下面这篇文章就是Bawendi大神的1993年JACS神作，目前已经被引用12000次。

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ja00072a025

太经典了，大家的合成方法大多都是参考了这篇文章，他的经典方法如下图所示：

今年诺贝尔化学奖第二位获得者是Louis Brus，他首次证明了量子点的量子效应不是无限的，受限于激子波尔半径，随着量子点的尺寸变化而变化。

今年诺贝尔奖获得者第三人就是Alexey I. Ekimov，他是美国纳米晶体技术公司前首席科学家。Alexey I. Ekimov在1985年发表了关于‘量子尺寸效应’的文章，可以说是他定义了量子点。

君生我未生

量子点领域出了很多很多大牛，但是诺奖只给三个人，所以晚一点可能就错过了。

就像朗道，他晚出生了一二十年，没能赶上物理学史上最辉煌的时期，对此朗道自己也十分遗憾，朗道曾经说过：漂亮姑娘都和别人结婚了，我只能去追求那些不太漂亮的了。这个漂亮姑娘指的就是量子力学。

量子点领域的大牛之一，Dmitri V. Talapin，芝加哥大学化学系教授，他出生在苏联，在白俄罗斯长大，2002年在德国汉堡大学获得博士学位（有点晚），随后在IBM沃森研究中心从事博士后工作。从2005年到2007年，他是劳伦斯伯克利国家实验室的科学家，并于2007年加入芝加哥大学。

他将青春都献给了量子点，目前已经发表超过10篇Science文章，Talapin具备足够的天赋和努力，但是没有赶上量子点最开始的芳华，错失诺奖。

下图是他对最近在Nature Materials上发表的News文章，再次介绍了量子点这一‘人造原子’的独特性质。

https://www.nature.com/articles/s41563-023-01652-8

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/31/5bb9b504a7/

涨姿势！小学生都会！在18年前能发Nature冲院士，40年前研究还能拿诺奖！

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