Colloidal Synthesis of Semiconductor Quantum Dots toward Large-Scale Production: A Review

Abstract

The development of green synthetic approaches is one of the key materials challenges in moving toward semiconductor quantum dots (QDs) for large-scale production and commercial applications. This article presents a comprehensive overview on the synthesis of colloidal QDs prepared via chemical approaches in solution phase, with emphasis on green routes which possess the advantages of environment-friendly raw materials, simple operation process, and robust mass-scale production. The approaches for the synthesis of QDs in batch reactors are summarized, including hot-injection organometallic synthesis, noninjection organometallic synthesis, aqueous synthesis and biosynthesis approaches, with some of the concerns on their limitations for scale-up, followed by some continuous synthetic methods aiming for reproducible and large-scale production. Current advances in continuous synthesis of QDs by microfluidic devices, high-gravity reactors, and spray-based techniques are briefly introduced. We also provide some insights into challenges and opportunities based on our own understanding of this field.

Multistage Microfluidic Platform for the Continuous Synthesis of III–V Core/Shell Quantum Dots

“…Over the past decade, microfluidic technology has been widely applied to nanocrystal synthesis and reaction optimization, characterization of reaction kinetics, purification and surface modification . Compared to traditional batch‐based processes, flow‐based configurations can improve mass and heat transfer and precisely control reaction parameters, which is ideal for large‐scale nanomanufacturing . Despite extensive research on the synthesis of nanocrystals with a homogeneous structure, few studies have focused on the preparation of nanocrystals with heterostructures (like core/shell morphologies) in flow .…”

Algunas aplicaciones de la nanofotónica en la biomedicina

“…Cuanto más comparable sea el radio de Borh y el diámetro de la nanopartícula, mayor será el ensanchamiento. El resultado neto de este fenómeno es la capacidad de sintonizar la emisión de un QD controlando su tamaño (figura 1), (Bera et al, 2010;Pu et al, 2018). Los QDs son altamente brillantes, sin embargo presentan defectos de superficie que promueven relajaciones no radiativas reduciendo su eficiencia de emisión; esto se resuelve agregando una capa sobre la superficie de un material con una banda prohibida mayor formando una nanopartícula tipo núcleo/coraza con la que se han reportado eficiencias cuánticas del 90% (Pu et al, 2018;Yang et al, 2015).…”

“…En este caso, se excita con luz en el cercano infrarrojo (NIR) y se obtiene luz visible. A este fenómeno se le conoce como conversión ascendente (UC, por sus siglas en inglés); es un fenómeno cooperativo pues requiere la absorción de al menos dos fotones de baja energía FIGURA 1. a) Diagrama esquemático que muestra la discretización de las bandas de energía y el ensanchamiento de la banda prohibida para un punto cuántico, λ 1 se refiere al fotón que excita el electrón de la banda de valencia a la banda de conducción y λ 2 se refiere al fotón (fluorescencia) que resulta de la recombinación del par electrón-hueco; b) diagrama esquemático que muestra el radio de Bohr del excitón (R Bexc ) y un punto cuántico de radio r; c) fotografía de puntos cuánticos de CdSe con diámetros entre 3 y 6 nm, obtenidos en nuestro laboratorio por el método de inyección caliente ampliamente reportado en la literatura, ver, por ejemplo (Bera et al, 2010;Pu et al, 2018;Yang et al, 2015). Fuente: Elaboración de los autores.…”

Mapping phonon modes from reduced-dimensional to bulk systems

“…Advances in fabrication technologies have enabled the nanostructuring of three-dimensional (3D) bulk materials into lower-dimensional objects such as films [two-dimensional (2D)], wires [one-dimensional (1D)], and dots [zero-dimensional (0D)] [4][5][6]. Changes in the material dimensionality also affect the dimensionality of the BZ, thereby limiting the allowed wave vectors.…”