近红外II区量子点的表面调控及生物成像应用

The second near-infrared window (NIR II) quantum dots (QDs) have broad prospects in biomedicine imaging application attributing to their maximal tissue penetration depth and minimized autofluorescence. The Ag2S and Ag2Se NIR I-VI QDs are chosen as model system, because of their simple composition and narrow bandgap (1.0 eV and 0.15 eV, respectively). To overcome the drawbacks in bioimaging, such as low photoluminescence (PL) quantum yield (QY), we propose an epitaxial growth of smaller-bandgap Ag2S onto broader-bandgap Ag2Se QDs. The surface defects introduced by missing coordination sites or by-products adsorption can be eliminated by surface modification. This project aims to develop high quality Ag2Se/Ag2S core/shell QDs for bioimaging analysis. We will establish absolute PL QY measurement system for NIR II QDs, and analyze the steady-state and transient PL spectra, thus to study the surface ligand and core-shell interface effect mechanism on spectroscopic properties，and improve the NIR II QDs imaging analysis technique in biological tissue penetrating. This research is of great academic and practical value for developing new type of NIR QDs, revealing surface ligand effect mechanism and obtaining high quality NIR II QDs for bioimaging diagnosis and analysis.

近红外II区量子点具有较大组织穿透深度和低自发荧光干扰，在生物医学成像领域有着广泛的应用前景。本项目拟以组成简单且带隙较窄的近红外I-VI族量子点Ag2S（1.0 eV）和Ag2Se（0.15 eV）为模型，针对它们低荧光量子产率等限制生物成像应用的瓶颈问题，提出“在较宽带隙Ag2Se量子点上外延生长较窄带隙Ag2S壳层材料，利用表面调控手段消除或降低量子点表面原子配位不足或吸附副产物引入的缺陷，构筑高质量Ag2Se/Ag2S壳核型量子点用于生物成像分析”的研究新思路。研究建立近红外量子点绝对荧光量子产率测试方法；表征稳态和瞬态荧光光谱，揭示表面配体、核壳界面对近红外量子点光谱学性质的影响规律；研究提高近红外II区量子点在深层组织内发光成像效果的新途径。本研究对发展新型近红外量子点，揭示表面配体作用机制，获得满足生物成像诊断分析要求的高质量近红外II区量子点具有重要理论和实际价值。

二维材料具有独特的物理和化学性质，比如高比表面积、高载流子迁移率和很强的机械强度。在 Ag2Se/Ag2S 壳核型量子点合成尝试失败后，经过调研及初步试验，项目组选择新型二维锑烯纳米片的合成及应用进行研究探索。锑烯因具有合适的禁带宽度、优异的光热传导性、高迁移率、宽频吸收和很好的稳定性在二维材料领域更加备受关注。项目组通过液相剥离法快速、高效制备得到高质量高稳定性的原子级二维锑烯纳米片（约 0.5 nm 厚），并对其进行了拉曼光谱、原子力显微镜等理化性质以及生物安全性的研究。所制得的锑烯可以用作钠离子电池负极材料，在高倍率充放电条件下仍具有高达 860 mAh g-1 的电池容量和很好的循环稳定性。此外，项目组首次制备了具有丰富的 Ru-S-Sb 键和超薄锑烯复合的杂化作为在中性电解液中高动能、活性、稳定的析氢反应电催化剂。实验和密度泛函理论 （DFT）计算表明，钌与锑烯的耦合（Ru-S-Sb）协同作用有效促进了 Ru-H 键强度，促进析氢反应（HER）活性。研究表明，项目组制得的原子级厚锑烯纳米片具有优异的电学、催化性能，在钠电池领域和能源催化领域具有重要的科学研究意义和广泛的应用前景。