利用表面结构控制无机量子点与有机共轭分子之间超快速电荷分离动力学过程的研究

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基本信息

项目摘要

Improving the charge separation rate and efficiency from inorganic semiconductor quantum dots to organic conjugated molecules are fundamental key problems to optimizing the performances of inorganic/organic hybrid solar cells. In our project, we will study the ultrafast charge separation dynamics at heterojunction interface between quantum dots and organic charge acceptors via femtosecond laser pump-probe spectroscopy; we will explore the most optimal condition of charge separation by changing the surface shell structures and organic ligands of CdSe quantum dots. Firstly, CdSe quantum dots with different sizes and shell structures will be synthesized, and then these quantum dots will be modified by the conductive short-chain organic molecules via surface ligand exchange. Secondly, we will investigate the effect of themal treatment of CdSe quantum dots/organic conjugated polymer bybrid film on surface morphology and charge separation. Thirdly, we will study the shell structures, the chain length of ligands and energy level alignment turnable charge separation dynamics from quantum dots to organic charge acceptors via the time resolved fluorescence and transient absorption spectroscopy. Finally, we will theoretically analyze the controlling mechanism of charge tranfer by the interfacial electronic coupling force. It is promising to significantly improve the power conversion efficiency of quantum dots based solar cells by understanding the basic physical mechanism in these devices.
提高半导体量子点到有机共轭分子的电荷分离速率和效率是优化无机/有机杂化太阳能电池效率的关键基础问题。本项目将利用飞秒激光泵浦-探测技术研究量子点与有机电荷受体之间的超快电荷分离动力学过程,改变纳米晶表面壳层结构和有机配体分子,探索界面快速电荷分离的最优化条件。我们将合成不同尺寸和壳层结构的CdSe量子点,通过表面配体交换将其修饰具有导电功能的短链有机配体分子;研究热处理对CdSe量子点/有机聚合物薄膜表面形貌和电荷分离速率的影响;利用时间分辨荧光和瞬态吸收光谱探测量子点与电荷受主之间的电荷转移速率,分析壳层结构、有机配体链长、能级取向等因素对电荷分离过程的影响;从理论上分析无机/有机界面电子耦合对电子转移速率的调控机理。上述基础物理问题的解决,将为改进量子点太阳能电池的光电转换效率提供物理学的基础。

结项摘要

基于半导体纳米晶与有机共轭分子的有机/无机复合材料有望应用于高效柔性的光伏器件,然而纳米晶与有机共轭分子之间的界面电荷过程还不清楚。本项目利用飞秒激光泵浦-探测技术研究了半导体纳米晶与有机电荷受体之间的超快电荷分离的动力学过程。我们合成了不同壳层结构的Mn2+离子掺杂纳米晶和CuInS2量子点,研究了他们的热稳定性,以及电子-空穴波函数在壳层中的分布状况;以亚甲基蓝分子为连接的桥梁,提高了CdSe量子点到氧化石墨烯的电荷分离及传输的效率;研究了CdSe四足棒纳米晶中载流子弛豫及复合的动力学过程,观察到电子从棒的能级弛豫到核中心的能级需要1ps,而核中心能级电子的寿命可达到5ns,并且高激发密度下有利于热电子从纳米晶中分离到有机电荷受体分子。认识理解纳米晶与有机共轭分子界面的超快电荷分离过程,对优化量子点光伏器件的光电转换效率具有重要的意义。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Highly Luminescent Carbon-Nanoparticle-Based Materials: Factors Influencing Photoluminescence Quantum Yield
高发光碳纳米颗粒材料:影响光致发光量子产率的因素
  • DOI:
    10.1002/ppsc.201400055
  • 发表时间:
    2014-11-01
  • 期刊:
    PARTICLE & PARTICLE SYSTEMS CHARACTERIZATION
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Qu, Songnan;Shen, Dezhen;Zhang, Hong
  • 通讯作者:
    Zhang, Hong
High color purity ZnSe/ZnS core/shell quantum dot based blue light emitting diodes with an inverted device structure
具有倒置器件结构的高色纯度ZnSe/ZnS核/壳量子点蓝光发光二极管
  • DOI:
    10.1063/1.4817086
  • 发表时间:
    2013-07-29
  • 期刊:
    APPLIED PHYSICS LETTERS
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Ji, Wenyu;Jing, Pengtao;Jen, Alex K. -Y.
  • 通讯作者:
    Jen, Alex K. -Y.
Efficient white light emitting diodes based on Cu-doped ZnInS/ZnS core/shell quantum dots
基于Cu掺杂ZnInS/ZnS核/壳量子点的高效白光发光二极管
  • DOI:
    10.1088/0957-4484/25/43/435202
  • 发表时间:
    2014-10-31
  • 期刊:
    NANOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Yuan, Xi;Hua, Jie;Li, Haibo
  • 通讯作者:
    Li, Haibo
Efficient Quantum Dot Light-Emitting Diodes by Controlling the Carrier Accumulation and Exciton Formation
通过控制载流子积累和激子形成的高效量子点发光二极管
  • DOI:
    10.1021/am5033567
  • 发表时间:
    2014-08-27
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Ji, Wenyu;Tian, Ye;Zhao, Jialong
  • 通讯作者:
    Zhao, Jialong
Photoinduced Charge Separation and Recombination Processes in CdSe Quantum Dot and Graphene Oxide Composites with Methylene Blue as Linker
以亚甲基蓝为连接剂的 CdSe 量子点和氧化石墨烯复合材料中的光致电荷分离和复合过程
  • DOI:
    10.1021/jz401460j
  • 发表时间:
    2013-08
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry Letters
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Ligong Zhang;Haibo Li;Jialong Zhao;Yasuaki Masumoto
  • 通讯作者:
    Yasuaki Masumoto

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其他文献

Mn掺杂核壳量子点的热稳定性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Nanoscale
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    袁曦;郑金桔;曾若生;景鹏涛;纪文宇;杨为佑;赵家龙
  • 通讯作者:
    赵家龙
空穴传输材料对CdSe核壳量子点的荧光影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Spectroscopy and Spectral Analysis
  • 影响因子:
    0.7
  • 作者:
    曲玉秋;曾庆辉;孙雅娟;景鹏涛;孔祥贵;张友林;张庆彬
  • 通讯作者:
    张庆彬

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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