Растущий спрос на инновационные материалы подстёгивает развитие нанотехнологий, где особое внимание уделяется квантовым точкам. Эти нанометровые полупроводниковые частицы отличаются уникальными оптическими и электронными свойствами, что делает их востребованными в солнечных батареях, светодиодах, медицинской визуализации и сенсорах.
Квантовые точки — это частицы размером в несколько нанометров, способные преобразовывать и излучать свет с высокой эффективностью. Благодаря этим характеристикам они широко применяются в современных технологических решениях, но их массовое производство сталкивается с экологическими и технологическими вызовами.
Исследовательская группа Университета Льежа (ULiège) представила более устойчивый подход к синтезу квантовых точек. Научные результаты опубликованы в журнале Chemical Science, а обзор по устойчивому производству квантовых точек — в Materials Science and Engineering R. Ученые сосредоточились на получении кадмий-халькогенидных квантовых точек — соединений, активно используемых в оптоэлектронике и нанотехнологиях.
Главное достижение команды — создание первого в мире масштабируемого процесса синтеза квантовых точек в водной среде с использованием полностью совместимого с биологией источника халькогенидов (элементов, таких как сера, селен или теллур). Этот процесс не требует органических растворителей, в отличие от традиционных методов, что значительно повышает безопасность, экологичность и универсальность технологии.
В работе участвовали лаборатории CiTOS (Центр интегрированных технологий и органического синтеза) и MSLab при ULiège. Совместными усилиями они разработали новый водорастворимый источник халькогенидов и интегрировали его в непрерывный потоковый процесс, позволяющий получать высококачественные, биосовместимые квантовые точки.
Ключевую роль сыграла идея Жан-Кристофа Монбалию, директора CiTOS. Он предложил использовать TCEP (трис (2-карбоксиэтил) фосфин) — известный в пептидном синтезе восстановитель — в качестве переносчика халькогенидов. «Эта идея возникла из пептидного синтеза, где TCEP — хорошо известный водорастворимый восстановитель... мы увидели уникальную возможность использовать его в качестве более безопасного, масштабируемого агента переноса халькогенидов — и это сработало исключительно хорошо,» — отметил Монбалию.
Эксперт по спектроскопии Седрик Мальерб из MSLab внедрил использование in situ рамановской спектроскопии для отслеживания реакций в режиме реального времени. «Это была настоящая командная работа... Мы применили современные аналитические методы для отслеживания хода реакций в реальном времени — что крайне редко делается в этой области,» — подчеркнул Мальерб.
Исследовательница Карлотта Кампалани из CiTOS сосредоточила внимание на поиске более экологичных и менее токсичных альтернатив кадмиевым квантовым точкам. «Хотя квантовые точки на основе кадмия крайне эффективны, их токсичность остаётся проблемой — особенно в условиях ужесточения экологического законодательства... Сейчас мы исследуем более экологичные и менее токсичные материалы, которые всё ещё обеспечивают высокую производительность,» — заявила Кампалани.
Техническая новизна процесса заключается в применении TCEP для переноса серы, селена и теллура в водной среде. Использование рамановской спектроскопии позволяет контролировать синтез в реальном времени, обеспечивая высокое качество и воспроизводимость продукта. Такой подход снижает энергозатраты, уменьшает количество отходов и минимизирует необходимость в последующей переработке.
Вопрос токсичности кадмия остаётся в центре внимания разработчиков, поскольку требования к экологической безопасности становятся всё строже. Исследование ULiège направлено на поиск более безопасных и устойчивых альтернатив, что открывает перспективы для ответственного промышленного производства наноматериалов.
Новая технология подчеркивает стремление Университета Льежа к инновациям в химии, устойчивому развитию и внедрению передовых технологий для решения актуальных вызовов в области материаловедения.
Изображение носит иллюстративный характер
Квантовые точки — это частицы размером в несколько нанометров, способные преобразовывать и излучать свет с высокой эффективностью. Благодаря этим характеристикам они широко применяются в современных технологических решениях, но их массовое производство сталкивается с экологическими и технологическими вызовами.
Исследовательская группа Университета Льежа (ULiège) представила более устойчивый подход к синтезу квантовых точек. Научные результаты опубликованы в журнале Chemical Science, а обзор по устойчивому производству квантовых точек — в Materials Science and Engineering R. Ученые сосредоточились на получении кадмий-халькогенидных квантовых точек — соединений, активно используемых в оптоэлектронике и нанотехнологиях.
Главное достижение команды — создание первого в мире масштабируемого процесса синтеза квантовых точек в водной среде с использованием полностью совместимого с биологией источника халькогенидов (элементов, таких как сера, селен или теллур). Этот процесс не требует органических растворителей, в отличие от традиционных методов, что значительно повышает безопасность, экологичность и универсальность технологии.
В работе участвовали лаборатории CiTOS (Центр интегрированных технологий и органического синтеза) и MSLab при ULiège. Совместными усилиями они разработали новый водорастворимый источник халькогенидов и интегрировали его в непрерывный потоковый процесс, позволяющий получать высококачественные, биосовместимые квантовые точки.
Ключевую роль сыграла идея Жан-Кристофа Монбалию, директора CiTOS. Он предложил использовать TCEP (трис (2-карбоксиэтил) фосфин) — известный в пептидном синтезе восстановитель — в качестве переносчика халькогенидов. «Эта идея возникла из пептидного синтеза, где TCEP — хорошо известный водорастворимый восстановитель... мы увидели уникальную возможность использовать его в качестве более безопасного, масштабируемого агента переноса халькогенидов — и это сработало исключительно хорошо,» — отметил Монбалию.
Эксперт по спектроскопии Седрик Мальерб из MSLab внедрил использование in situ рамановской спектроскопии для отслеживания реакций в режиме реального времени. «Это была настоящая командная работа... Мы применили современные аналитические методы для отслеживания хода реакций в реальном времени — что крайне редко делается в этой области,» — подчеркнул Мальерб.
Исследовательница Карлотта Кампалани из CiTOS сосредоточила внимание на поиске более экологичных и менее токсичных альтернатив кадмиевым квантовым точкам. «Хотя квантовые точки на основе кадмия крайне эффективны, их токсичность остаётся проблемой — особенно в условиях ужесточения экологического законодательства... Сейчас мы исследуем более экологичные и менее токсичные материалы, которые всё ещё обеспечивают высокую производительность,» — заявила Кампалани.
Техническая новизна процесса заключается в применении TCEP для переноса серы, селена и теллура в водной среде. Использование рамановской спектроскопии позволяет контролировать синтез в реальном времени, обеспечивая высокое качество и воспроизводимость продукта. Такой подход снижает энергозатраты, уменьшает количество отходов и минимизирует необходимость в последующей переработке.
Вопрос токсичности кадмия остаётся в центре внимания разработчиков, поскольку требования к экологической безопасности становятся всё строже. Исследование ULiège направлено на поиск более безопасных и устойчивых альтернатив, что открывает перспективы для ответственного промышленного производства наноматериалов.
Новая технология подчеркивает стремление Университета Льежа к инновациям в химии, устойчивому развитию и внедрению передовых технологий для решения актуальных вызовов в области материаловедения.
