硫醇配体 CdSe 纳米团簇的第一性原理研究

本文对小型$Cd_nSe_n$量子点（QD）（$n$ = 6、12、13 和 33）进行了第一性原理研究，旨在应用于量子点太阳能电池的开发。我们分别评估了颗粒尺寸和钝化配体对优化结构和能隙（通过密度泛函理论 (DFT) 计算）以及相应吸收光谱（通过含时密度泛函理论 (TDDFT) 计算）的影响。研究了四种硫醇配体的结构，即半胱氨酸 (Cys)、巯基丙酸 (MPA) 及其减链类似物。我们记录了表面活性剂对$CdSe$量子点结构和光吸收性质的显著钝化效应：表面$Cd-Se$键被削弱，而核心键被增强。观察到吸收光谱发生了约 0.2 eV 的蓝移。此外，钝化增强了光吸收强度。相比之下，我们观察到改变配体长度对吸收性质的影响较小：较短的烷烃链可能会诱导$-NH_2$基团与最近的表面$Se$原子之间稍强的相互作用，表现为更强的配体结合能。对于被视为“非幻数”尺寸量子点的$Cd_{12}Se_{12}$，无论是自弛豫还是配体钝化都无法完全稳定结构或改善其较差的电子性质。我们还观察到，硫醇类配体在打开$CdSe$量子点带隙方面的能力优于氧化膦或胺类配体。我们对 Cys 封端量子点吸收峰的估计范围为 413 nm 至 460 nm，这与 422 nm 的实验峰值一致。