2023诺贝尔化学奖解读

写在前面：本文纯手打，熬夜敲完，求点赞收藏

整理摘自《科学快报》《新华社》相关文章及若干B站相关科普视频（戴博士实验室、毕的二阶导、豁达同学-抽象科普y 等）

——————正文——————

当地时间10月4日，瑞典皇家科学院宣布将2023年诺贝尔化学奖授予Moungi Bawendi（蒙吉·巴文迪），Lous Brus（路易斯·布鲁斯）和Alexei Ekimov（阿列克谢·伊基莫夫），以表彰他们关于“发现与合成量子点”的贡献。

诺贝尔奖官方指出，量子点如今已是纳米技术“工具箱”的重要组成部分，而这三位得主都是探索纳米世界的先驱。诺贝尔化学委员会在一份声明中表示：“诺贝尔奖获得者……已经成功生产出了如此小的粒子，其特性由量子现象决定。这些被称为量子点的粒子现在在纳米技术中非常重要。研究人员相信，未来它们可以为柔性电子产品、微型传感器、更薄的太阳能电池和加密量子通信做出贡献。”所以，量子点到底是什么呢？

一般而言，元素的性质取决于它有多少电子。然而，当半导体收缩到纳米尺寸时，会出现一个奇特的现象：尺寸越小，能带宽度变大，出现“蓝移”，即发光会越来越蓝；反之，会出现“红移”。这种奇特现象也被称为“量子尺寸效应”。

量子点是一种半导体纳米颗粒，其尺寸非常小，从几纳米到几十纳米，硒化镉、磷化铟等是常见的量子点材料。由于量子尺寸效应，不同尺寸的纳米颗粒，其发出的光的颜色会不一样。

诺贝尔化学委员会主（zhuxi是个敏感词）席约翰·奥奎斯特说：“量子点有许多迷人而不同寻常的特性。重要的是，他们根据大小有不同的颜色。”

诺贝尔化学奖经常被戏称为“诺贝尔理综奖”，今年的获奖工作在复旦大学化学系教授董安钢看来，可谓“非常化学”，“阿列克谢·伊基莫夫和路易斯·布鲁斯相互独立地创造了量子点，蒙吉·巴文迪合成了量子点，而合成是化学最显著的特征。”

20世纪80年代初期，阿列克谢·伊基莫夫一直在研究掺杂了玻璃的氯化铜，他发现氯化铜的尺寸与玻璃发光的颜色密切相关，并提出利用量子尺寸效应来解释这个现象。几年后，路易斯·布鲁斯首次证明了溶液中的半导体纳米颗粒同样具有量子尺寸效应。1993年，蒙吉·巴文迪革新了量子点的合成路线，合成了单分散、尺寸均匀的量子点纳米颗粒，为后续量子点的物理、化学性质的研究与产业化应用奠定了坚实的基础。

三位获奖者中，路易斯·布鲁斯是最资深的科学家，他是另一位获奖者蒙吉·巴文迪的导师。蒙吉·巴文迪和他的博士生克里斯托弗·莫雷的代表作，1993年发表在《美国化学会志》上，至今已被引用超10000次。

量子点是近40年来为数不多实现产业化的纳米材料之一，发展潜力巨大。

量子点最突出的应用就是新一代显示屏——QLED，Q是量子点的英文首字母。“由于不同尺寸大小组成的量子点受激发后会呈现出不同的颜色，能覆盖可见光区域，因此可以作为新一代显示发光材料。”如此呈现出来的彩色更纯、更丰富，因此视觉感受更接近人眼看到的，屏幕画质变得“更好看，更养眼”。

2013年索尼推出全球首款量子点电视，但至今量子点尚未“飞入寻常百姓家”。这主要是材料的成本问题，如果能够降低成本，相信未来会有更广泛的应用。

除了量子点电视，它还有什么应用前景？

①太阳能电池中使用的量子点材料，可以提高光电转换效率。现在的太阳能电池大多使用的是单晶硅材料，而量子点比硅吸收太阳光的范围更广，而且对光的吸收能力强，再加上溶液中合成和后续处理量子点比较简易方便，因此量子点在太阳能电池中将有很大的应用潜力。

②由于量子点的发光谱峰更窄，不易发生串色现象，能同时对细胞内多种特定物质进行持续追踪，可应用在肿瘤标志物的分析检测、荧光手术导航中。目前这一技术在我国已进行小范围的临床使用。

③量子点在催化领域也能施展拳脚。通过光催化分解水产生氢气，通过光催化把二氧化碳转化成一氧化碳、甲烷，量子点在再利用二氧化碳方面有很多优势。

④量子点在量子计算机方面也能应用，如用电场约束法来合成量子点，可调控器量子特性用于制造量子计算机。目前，上理工铋科学研究中心正在研究合成铋元素的量子点，拓展量子点在生物医药及光电催化等领域的应用。

⑤上科大物质学院研究员宁志军表示，上科大的光电转化材料与器材实验室也在进行量子点表面态和自组装方面的研究，并将它应用到红外探测器件中。未来，量子点还能应用在新兴光电器件中，比如红外探测器、太阳能电池器件等。