Moungi G. Bawendi 、Louis E. Brus 和 Alexei I. Ekimov 因发现和发展量子点(quantum dots)而荣获 2023 年诺贝尔化学奖。这些微小的颗粒具有独特的性质,现在正在电视屏幕和 LED 灯中散发光芒。它们可以催化化学反应,其明亮的光也可以为外科医生照亮肿瘤组织。
“Toto ,我有一种感觉我们不再在堪萨斯了”,这是电影《绿野仙踪》中的经典台词。一场强力龙卷风席卷飞了多萝西的房子,十二岁的她晕倒在床上,而当房子再次着陆,多萝西带着她的狗 Toto 走出门口时,一切都变了。突然之间,她置身于一个神奇而色彩丰富的世界。
Louis Brus 那时在美国贝尔实验室工作,他的长期目标是利用太阳能来进行化学反应。为了实现这一目标,他使用了硫化镉颗粒,这种颗粒可以捕获光线,并利用其能量来推动反应。这些颗粒悬浮于溶液中,Brus 将它们做得非常小,因为这样可以增加化学反应发生的表面积;物质被切碎得越多,暴露给周围环境的表面积就越大。
图 4 Bawendi制备尺寸统一的量子点的方法。Bawendi 在热溶剂中注入了能形成硒化镉颗粒的物质,微小的硒化镉晶体立即形成,而加入冷却剂使晶体停止生长,再提高溶剂温度时,晶体再次生长;时间越长,晶体越大。和并图源:Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
同样,量子点也被用于一些 LED 灯中,调节 LED 的色温。这样,灯光可以变得像白天日光那样充满活力,或者像昏暗的灯泡发出温暖的光芒那样沉静。量子点光也可以在生物化学和医学中使用。生物化学家将量子点连接到生物分子上,以标记细胞和器官;医生已经开始研究利用量子点在体内追踪肿瘤组织;化学家则利用量子点的催化性能来推动化学反应。