突破！清华大学：今日重磅Science！

基于激光的纳米打印具有高达纳米尺度的高分辨率，但它通常依赖于光聚合，并且仅限于光固化树脂。聚合物以外的功能性纳米材料的三维（3D）制造仍然具有挑战性。

一种策略是使用3D聚合物骨架作为无机材料共形沉积的模版，产生有机无机纳米复合物。然而，聚合物骨架的存在降低了材料的纯度，并阻碍了其本身的机械或物理特性。虽然聚合物模板可以蚀刻，但只能获得空心无机结构。

另一种策略是将光固化单体与无机纳米材料（即光固化纳米复合材料）混合，用于直接激光打印。固化聚合物可以通过后烧结去除，但这会导致结构收缩和缺陷产生。

解决这些问题的关键是开发超越光聚合的打印机制。Talapin等人设计了在光照下分解的光活性配体，用于直接光学光刻。然而，这种方法需要对特定纳米晶体进行选择的表面配体的复杂设计。

清华大学孙洪波教授和林琳涵副教授等人合作在Science上发表文章，3D nanoprinting of semiconductor quantum dots by photoexcitation-induced chemical bonding，成功开发了光激发诱导化学键3D纳米打印技术，无需聚合物即可实现打印。

在本工作中，以半导体量子点（QD）为例，作者提出了一种策略，即使用光激发生成的电子-空穴对来修改QD的表面化学，以诱导粒子间化学键，作者称之为光激发诱导化学键（PEB）。之所以使用半导体QD，是因为它们能够在激发下产生电子-空穴对。这种高能载流子一旦被捕获，可以改变局部的电子状态，并调整粒子间键的化学反应性。

具体来说，光可用于从硒化镉/硫化锌核壳量子点中去除表面硫代配体。由此产生的捕获空穴通过剩余的表面配体驱动颗粒之间的键合。作者以超出衍射极限和一系列纳米晶体的分辨率揭示了任意三维架构的照片打印，并且可以根据量子点的大小和/或带隙进行光学选择打印。

在没有任何添加剂或后处理的情况下，PEB技术使我们能够在打印过程中保持QD的光子和光电特性。虽然这个概念在半导体QD中得到了证明，但一旦可以产生高能载体来改变纳米颗粒的表面化学，它可能会扩展到非半导体纳米材料。

图文详情

图1. PEB的工作原理

图2. 纳米像素打印和QD表征

图3. 线性、弯曲和体积三维纳米结构

图4. 多色显示和异构印刷

文献信息

Liu et al, 3D nanoprinting of semiconductor quantum dots by photoexcitation-induced chemical bonding. Science 377, 1112-1116 (2022).

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo5345

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