Impurity doping has been widely used to endow semiconductor nanocrystals with novel optical, electronic, and magnetic functionalities. Here, we introduce a new family of doped NCs offering unique insights into the chemical mechanism of doping, as well as into the fundamental interactions between the dopant and the semiconductor host. Specifically, by elucidating the role of relative bond strengths within the precursor and the host lattice, we develop an effective approach for incorporating manganese (Mn) ions into nanocrystals of lead-halide perovskites (CsPbX3, where X = Cl, Br, or I). In a key enabling step not possible in, for example, II-VI nanocrystals, we use gentle chemical means to finely and reversibly tune the nanocrystal band gap over a wide range of energies (1.8-3.1 eV) via postsynthetic anion exchange. We observe a dramatic effect of halide identity on relative intensities of intrinsic band-edge and Mn emission bands, which we ascribe to the influence of the energy difference between the corresponding transitions on the characteristics of energy transfer between the Mn ion and the semiconductor host.

Recently, plasmonic copper sulfide (Cu2–xS) nanocrystals (NCs) have attracted much attention as materials for photothermal therapy (PTT). Previous reports have correlated photoinduced cell death to the photothermal heat mechanism of these NCs, and no evidence of their photodynamic properties has been reported yet. Herein we have prepared physiologically stable near-infrared (NIR) plasmonic copper sulfide NCs and analyzed their photothermal and photodynamic properties, including therapeutic potential in cultured melanoma cells and a murine melanoma model. Interestingly, we observe that, besides a high PTT efficacy, these copper sulfide NCs additionally possess intrinsic NIR induced photodynamic activity, whereupon they generate high levels of reactive oxygen species. Furthermore, in vitro and in vivo acute toxic responses of copper sulfide NCs were also elicited. This study highlights a mechanism of NIR light induced cancer therapy, which could pave the way toward more effective nanotherapeutics.

The structural flexibility and efficacy of thiourea−amine catalysts for the supramolecular activation and ring-opening polymerization (ROP) of lactide are described. The nature of the hydrogen bonding group and its strength as well as the steric congestion have been altered, leading to shorter polymerization times, better control, and pathways to influence the stereochemistry of the resulting polymer. The tolerance to functionality and the mild conditions of the ROP mechanism allow for block copolymer synthesis by combination of nitroxide-mediated polymerization as well as reversible addition fragmentation and chain transfer polymerization using dual-headed initiators. Tandem hydrogen bond activation to organocatalyze ROP of lactide is an effective, versatile means to generate polymers with predictable molecular weights, narrow polydispersities, control of microstructure and a variety of complex architectures and block copolymers.

Luminescent solar concentrators (LSCs) can serve as large-area sunlight collectors for terrestrial and space-based photovoltaics. Due to their high emission efficiencies and readily tunable emission and absorption spectra, colloidal quantum dots have emerged as a new and promising type of LSC fluorophore. Spectral tunability of the quantum dots also facilitates the realization of stacked multilayered LSCs, where enhanced performance is obtained through spectral splitting of incident sunlight, as in multijunction photovoltaics. Here, we demonstrate a large-area (>230 cm2) tandem LSC based on two types of nearly reabsorption-free quantum dots spectrally tuned for optimal solar-spectrum splitting. This prototype device exhibits a high optical quantum efficiency of 6.4% for sunlight illumination and solar-to-electrical power conversion efficiency of 3.1%. The efficiency gains due to the tandem architecture over single-layer devices quickly increase with increasing LSC size and can reach more than 100% in structures with window sizes of more than 2,500 cm2. Multijunctions have long been used to enhance photovoltaic solar cell efficiency. Here, a large-area tandem luminescent solar concentrator is demonstrated using two types of quantum dot with low reabsorption.

We demonstrate that it is possible to convert CdSe nanocrystals of a given size, shape (either spherical or rod shaped), and crystal structure (either hexagonal wurtzite, i.e., hexagonal close packed (hcp), or cubic sphalerite, i.e., face-centered cubic (fcc)), into ZnSe nanocrystals that preserve all these characteristics of the starting particles (i.e., size, shape, and crystal structure), via a sequence of two cation exchange reactions, namely, Cd2+ ⇒Cu+ ⇒Zn2+. When starting from hexagonal wurtzite CdSe nanocrystals, the exchange of Cd2+ with Cu+ yields Cu2Se nanocrystals in a metastable hexagonal phase, of which we could follow the transformation to the more stable fcc phase for a single nanorod, under the electron microscope. Remarkably, these metastable hcp Cu2Se nanocrystals can be converted in solution into ZnSe nanocrystals, which yields ZnSe nanocrystals in a pure hcp phase.

Quantum dots (QDs) of ternary I–III–VI2 compounds such as CuInS2 and CuInSe2 have been actively investigated as heavy-metal-free alternatives to cadmium- and lead-containing semiconductor nanomaterials. One serious limitation of these nanostructures, however, is a large photoluminescence (PL) line width (typically >300 meV), the origin of which is still not fully understood. It remains even unclear whether the observed broadening results from considerable sample heterogeneities (due, e.g., to size polydispersity) or is an unavoidable intrinsic property of individual QDs. Here, we answer this question by conducting single-particle measurements on a new type of CuInS2 (CIS) QDs with an especially thick ZnS shell. These QDs show a greatly enhanced photostability compared to core-only or thin-shell samples and, importantly, exhibit a strongly suppressed PL blinking at the single-dot level. Spectrally resolved measurements reveal that the single-dot, room-temperature PL line width is much narrower (down to ∼60 meV) than that of the ensemble samples. To explain this distinction, we invoke a model wherein PL from CIS QDs arises from radiative recombination of a delocalized band-edge electron and a localized hole residing on a Cu-related defect and also account for the effects of electron–hole Coulomb coupling. We show that random positioning of the emitting center in the QD can lead to more than 300 meV variation in the PL energy, which represents at least one of the reasons for large PL broadening of the ensemble samples. These results suggest that in addition to narrowing size dispersion, future efforts on tightening the emission spectra of these QDs might also attempt decreasing the "positional" heterogeneity of the emitting centers.

Light-emitting diodes (LEDs) based on perovskite semiconductor materials with tunable emission wavelength in visible light range as well as narrow linewidth are potential competitors among current light-emitting display technologies, but still suffer from severe instability driven by electric field. Here, we develop a stable, efficient and high-color purity hybrid LED with a tandem structure by combining the perovskite LED and the commercial organic LED technologies to accelerate the practical application of perovskites. Perovskite LED and organic LED with close photoluminescence peak are selected to maximize photon emission without photon reabsorption and to achieve the narrowed emission spectra. By designing an efficient interconnecting layer with p-type interface doping that provides good opto-electric coupling and reduces Joule heating, the resulting green emitting hybrid LED shows a narrow linewidth of around 30 nm, a peak luminance of over 176,000 cd m

Exogenous electrical stimulation (ES) can significantly enhance the wound healing acceleration. However, most power-generating devices and materials are limited due to structural complexity, external power dependence, and low bio-safety. Here, we design and synthesize a porous hydrogel with gas-solid contact-separation triboelectricity (GSHL). It exhibits excellent physicochemical properties and bio-safety. Also, its inner pores provide a gas-solid interface, which generates a stable self-powered triboelectric potential difference due to the deformation of the interior pores when pressed by the motion of hosts. This exogenous triboelectric stimulation can enhance the proliferation, migration, and adhesion of keratinocytes. In vivo experiments show that GSHL can generate ES at wound bed in situ through the moving of rats, accelerate re-epithelization, and enhance collagen deposition, thereby enhancing the healing of skin wounds. Compared to traditional methods that depend on an external power source to achieve ES for wound healing, this study introduces a novel triboelectric method that is self-powered solely through the intrinsic movement of the organism without any external electrical input.

Semiconductor nanorods (NRs) have great potential in optoelectronic devices for their unique linearly polarized luminescence which can break the external quantum efficiency limit of light-emitting diodes (LEDs) based on spherical quantum dots. Significant progress has been made for developing red, green, and blue light-emitting NRs. However, the synthesis of NRs emitting in the deep red region, which can be used for accurate red LED displays and promoting plant growth, is currently less explored. Here, we report the synthesis of deep red CdSeTe/CdZnS/ZnS dot-in-rod core/shell NRs via a seeded growth method, where the doping of Te in the CdSe core can extend the NR emission to the deep red region. The rod-shaped CdZnS shell is grown over CdSeTe seeds. By growing a ZnS passivation shell, the CdSeTe/CdZnS/ZnS NRs exhibit a photoluminescence emission peak at 670 nm, a full width at a half maximum of 61 nm and a photoluminescence quantum yield of 45%. The development of deep red NRs can greatly extend the applications of anisotropic nanocrystals.