11月28日，我院吴政辉教授与申怀彬教授课题组在红外量子点领域的研究成果以“High-Performance Photodiodes Based on In-Situ Etched PbSe Colloidal Quantum Dots with Responses Extended to 2500 nm”为题，在国际顶级期刊Nano Letters上在线发表（DOI：10.1021/acs.nanolett.4c04787），标志着拓展短红外波段（λ＞2000 nm）量子点红外光电探测器技术取得重要进展。

红外光电探测器在军工、生物成像、环境监测以及光通讯等领域均有重要应用价值，加快新型红外光电材料与器件的研究，对于增强我国相关产业竞争有重要意义。基于胶体量子点的红外光电探测器，相较于传统外延材料的光电探测器具有可直接单片集成、活性层无需像素化以及成本低廉等优势，有望成为下一代新型红外探测与成像技术。由于PbSe胶体量子点较宽的带隙可调度，可以通过调控其粒径尺寸可以覆盖可见光到中红外光谱范围，大尺寸PbSe量子点成为学术界和产业界备受青睐的新型红外材料。当PbSe量子点的尺寸增大而覆盖2000 nm以外的光谱范围后，其较差的表面稳定性成为制备高效PbSe量子点红外光电探测器的关键瓶颈。

图1：NH₄Cl原位处理大尺寸PbSe量子点提升表面稳定性的效果

图2：NH₄Cl原位处理大尺寸PbSe量子点的作用机制

图3：基于大尺寸PbSe量子点的红外光电探测器性能

为了解决这一问题，河南大学的吴政辉教授和申怀彬教授研究团队，提出了在弱酸性溶液环境下，原位引入NH₄Cl使得大尺寸PbSe量子点稳定性显著提升（图1），成功抑制了大尺寸PbSe红外量子点表面（200）晶面的氧化和缺陷态的产生，并基于稳定性优异的大尺寸PbSe量子点构筑了光谱相应拓展至2500 nm的红外光伏型探测器，其第一激子吸收峰处的响应度达到0.75 A/W，内量子效率达到100%，刷新了基于大尺寸PbSe量子点的光伏型红外光电探测器的效率。

研究团队通过元素价态表征与理论计算结合的方法，表明弱酸性环境下，NH₄Cl释放的Cl-刻蚀掉了大尺寸PbSe量子点（200）晶面上的Se，随后Cl-取代了原本Se的位置，剥离的Se原子进一步氧化生产Se单质（图2）。基于该稳定性优异的大尺寸PbSe量子点构筑的光伏型红外探测器，在优化各层薄膜形貌后，激子吸收峰处的响应度达到0.75 A/W，内量子效率达到100%（图3），均刷新了最高世界纪录。

本研究揭示了大尺寸PbSe量子点基红外光电探测器性能差的关键原因，并提供了有效的解决方案，为构筑高性能量子点红外光电探测器提供了新思路。