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工程师开发出用于广泛应用的微小半导体颗粒设计的新策略

发布时间:2019-02-01 14:56:15 来源:

二维(2D)过渡金属二硫化物(TMDs)纳米材料,如辉钼矿(MoS 2),具有与石墨烯类似的结构,已被用于生物医学,传感器,催化剂的广泛潜在应用的未来材料,光电探测器和储能装置。2D TM的较小对应物(也称为TMD量子点(QD))进一步突出了TMD的光学和电子特性,并且高度可用于催化和生物医学应用。然而,TMD QD几乎不用于应用,因为TMD QD的合成仍然具有挑战性。

现在,新加坡国立大学(NUS)的工程师已经开发出一种经济有效且可扩展的策略来综合TMD量子点。新策略还允许专门针对不同应用设计TMD QD的属性,从而有助于实现TMD QD的潜力。

自下而上的策略来综合TMD QD

目前TMD纳米材料的合成依赖于自上而下的方法,其中TMD矿物矿石通过物理或化学方式被收集并从毫米级分解为纳米级。该方法虽然在精确合成TMD纳米材料方面有效,但由于尺寸分离纳米材料需要多个纯化过程,因此可扩展性低且成本高。使用相同的方法生产尺寸一致的TMD QD由于其微小的尺寸也非常困难。

为了克服这一挑战,新加坡国立大学工程学院化学与生物分子工程系的工程师团队开发了一种新颖的自下而上合成策略,该策略能够始终如一地构建特定尺寸的TMD QD,比传统方法更便宜,更具可扩展性。自上而下的方法。TMD QD通过使过渡金属氧化物或氯化物与卤素前体在温和的水和室温条件下反应来合成。使用自下而上的方法,该团队成功合成了一个由7个TMD QD组成的小型库,并能够相应地改变其电子和光学特性。

新加坡国立大学工程学院化学与生物分子工程系副教授David Leong领导了这种新合成方法的开发。他解释说:“使用自下而上的方法来合成TMD量子点就像使用混凝土,钢和玻璃组件从头构建建筑物;它使我们能够完全控制建筑物的设计和特征。同样,这种自下而上的方法允许我们改变反应中过渡金属离子和硫属元素离子的比例,以合成具有我们所需特性的TMD量子点。此外,通过我们自下而上的方法,我们能够合成新的TMD量子点,这是自然找不到的他们可能拥有可以带来更新应用的新属性。“

将TMD QD应用于癌症治疗及其他方面

然后,国大工程师团队合成了MoS 2 QD,以展示概念验证生物医学应用。通过他们的实验,该团队表明,MoS 2 QDs 的缺陷特性可以使用自下而上的方法精确设计,以产生不同程度的氧化应激,因此可用于光动力疗法,一种新兴的癌症疗法。

“光动力疗法目前利用产生氧化应激的光敏有机化合物来杀死癌细胞。这些有机化合物可以在体内保留几天,建议接受这种光动力疗法的患者不要接触不必要的强光.TMD QDs如MoS 2 QDs可以为这些有机化合物提供更安全的替代品,因为一些过渡金属如Mo本身就是必需的矿物质,并且在光动力学处理后可以快速代谢。我们将进行进一步的测试来验证这一点。梁教授补充说。

然而,TMD量子点的潜力远远超出了生物医学应用。展望未来,该团队正在努力使用自下而上的策略扩展其TMD QD库,并针对其他应用进行优化,例如下一代电视和电子设备屏幕,先进电子元件甚至太阳能电池。

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