三位科學家獲2023諾貝爾化學獎，“量子點”制造技術取得新突破

北京時間10月4日，瑞典皇家科學院宣布，將2023年諾貝爾化學獎授予Moungi G. Bawendi，Alexei I. Ekimov和Louis E. Brus，以表彰他們在“量子點的發現和合成”方面所做出的貢獻。他們將平均分享1100萬瑞典克朗的獎金。

蒙吉·巴文迪

    蒙吉·巴文迪（英語：Moungi Bawendi，阿拉伯語：???? ????????），1961年出生于法國巴黎，法國-突尼斯裔美國化學家，美國藝術與科學院院士 ，美國國家科學院院士 ，諾貝爾化學獎獲得者，美國麻省理工學院教授。

    蒙吉·巴文迪于1982年獲哈佛大學學士學位；1988年獲芝加哥大學博士學位，同年在貝爾實驗室進行博士后工作；1990年進入麻省理工學院任教；1995年任麻省理工學院副教授；1996年任麻省理工學院教授；2004年當選為美國藝術與科學院院士；2007年當選為美國國家科學院院士；2023年獲諾貝爾化學獎。蒙吉·巴文迪的主要研究領域為化學生物學、材料與納米科學、物理學等。

路易斯·布魯斯

    路易斯·布魯斯（Louis Brus），男，1943年出生于美國俄亥俄州克利夫蘭，美國哥倫比亞大學化學系教授。2023年10月4日，獲得2023年諾貝爾化學獎。

阿列克謝·葉基莫夫

    阿列克謝·葉基莫夫（Alexei Ekimov），男，1945年出生于蘇聯，俄羅斯物理學家。美國納米晶體技術公司前首席科學家。2023年10月 ，獲得2023年諾貝爾化學獎。

    什么是量子點？

    如今許多人在家用QLED（量子點發光二極管）電視觀看色彩逼真的影片，其中的量子點就是剛剛公布的諾貝爾化學獎研究成果。量子點這種納米級材料不但為液晶顯示技術帶來質的飛躍，它在光學等方面的特性也為研究人員在生物化學、醫藥等領域“探照”出更多潛在的應用路徑。

    量子點是一類非常小的納米尺度顆粒，也被稱為半導體納米晶。一個量子點通常只由數千原子組成，如果要形象描述它的“小”，可以想象一個量子點與一個足球的對比，正如足球與地球的對比。

    量子點的特殊結構和尺寸，使其內部電子運動受限，從而影響其光學性質，不同尺寸的量子點會發出不同顏色的光。科學界早就在理論上認為可以通過調整量子點的尺寸來實現相應的量子效應，但如何高效制造出質量穩定的量子點，困擾了科學界相當長一段時間。

    上世紀80年代初，兩位科學家在量子點研究上取得重要突破。當時在蘇聯科研機構工作的阿列克謝·葉基莫夫在玻璃基質中合成了量子點，并于1981年在學術期刊上發表他的成果。美國的路易斯·布魯斯也在膠體溶液中合成了量子點，并于1983年發表了研究成果。兩位科學家基于不同的材料體系，都為量子點相關研究打下堅實基礎。

    到了1993年，美國麻省理工學院的蒙吉·巴文迪在高效合成高質量量子點方面取得進一步突破。巴文迪的團隊將能夠形成納米晶體的物質注入一種被加熱的特殊溶劑中，并精確控制其中的飽和度，從而生成非常微小的晶體胚。團隊再通過對溶劑溫度的調整，最終生成了尺寸一致的量子點。這一方法相比以往更簡單高效，讓更多科研人員有機會探索量子點的特性和潛在應用。

    量子點相關技術發展至今，普通人可能最容易感知或接觸到的應用莫過于它為液晶顯示技術帶來的提升。LED（發光二極管）背光光源的色彩經過量子點技術的轉化，能夠在屏幕上實現更好的紅、綠、藍三基色，帶來更廣的色域，一些廠家已經在此基礎上推出QLED電視。隨著元宇宙、虛擬現實、增強現實等技術的發展，未來各類電子設備上大大小小的顯示屏也有望在量子點技術的助力下，給人們帶來更好體驗。

    在更專業的層面，量子點穩定的發光特性使其成為很好的熒光標記材料，在生物監測和醫學成像方面有良好應用前景，醫生有望借助量子點來高效發現患者體內的腫瘤組織。化學領域的研究人員可以利用量子點的催化特性來驅動化學反應。隨著相關技術進一步成熟，量子點有望在更廣闊領域發揮作用，比如在柔性電子產品、微型傳感器、更薄的太陽能電池和加密量子通信等領域。

    正如諾貝爾獎官網介紹材料中所說：“我們才剛剛開始探索量子點的潛力。”

2023年每項諾貝爾獎的獎金金額提升

2023年每項諾貝爾獎的獎金由去年的1000萬瑞典克朗，增加到1100萬瑞典克朗，約合人民幣725萬元。

化學獎是瑞典化學家、硝化甘油炸藥發明人阿爾弗雷德·伯恩哈德·諾貝爾（Alfred Bernhard Nobel）在遺囑中提到的設立獎項的研究領域之一。

1895年11月27日，諾貝爾在巴黎簽署了他的第三份，也是最后一份遺囑，將他留下了大部分財富用于設立一系列獎項，即諾貝爾獎。

1901年首次頒發的諾貝爾獎獎章。圖：Alexander Mahmoud

據諾貝爾獎官網公布的數據，1901年至2022年間，共有189 人獲得諾貝爾化學獎。

迄今為止最年長的諾貝爾化學獎獲得者是美國物理學家約翰·B·古迪納夫（John B. Goodenough）。他在 2019 年獲得化學獎時已經97歲了。他也是諾貝爾獎所有獎項類別中最年長的獲獎者。

迄今為止，最年輕的諾貝爾化學獎獲得者是法國物理學家弗雷德里克·約里奧（ Frédéric Joliot）。與妻子艾琳·約里奧-居里（Irène Joliot-Curie）一同在1935年獲得諾貝爾化學獎時，他年僅35歲。

英國生物化學家弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger）和美國化學家巴里·夏普萊斯（K. Barry Sharpless）都曾兩次獲得諾貝爾化學獎。

量子點是當今納米技術的重要組成部分

2023 年諾貝爾化學獎表彰了量子點的發現和發展。量子點是如此之小，以至于決定了它們獨特的性質。

這些粒子具有獨特的性質，現在電視屏幕和 LED 燈中都散發著來自它們的光。它們可以催化化學反應，其明亮的光線可以為外科醫生照亮腫瘤組織。

研究人員目前主要利用量子點來創造彩色光。他們認為，在未來，量子點可以為柔性電子產品、微型傳感器、更薄的太陽能電池做出貢獻，甚至可能用于加密量子通信。

諾貝爾獎官方指出，量子點如今已是納米技術“工具箱”的重要組成部分，而這三位得主都是探索納米世界的先驅。

在 20 世紀 80 年代初，兩位獲獎者（Louis Brus 和 Alexei Ekimov）分別成功且獨立制造出了“量子點”。這些量子點是如此之小，而其尺寸則決定了它們的性質。

1993 年，第三位諾獎得主 Moungi Bawendi 徹底革新了量子點的制造方法，使其質量達到極高的水平，這也是量子點當今得以在納米技術中廣泛使用的重要先決條件。

過去8年諾貝爾化學獎得主名單

2022年——美國和丹麥3位科學家Carolyn R. Bertozzi、Morten Meldal和K. Barry Sharpless獲獎，獲獎理由是“在點擊化學和生物正交化學方面的發展”。

2021年——德國和美國科學家Benjamin List和David W.C. MacMillan獲獎，獲獎理由是“在不對稱有機催化方面的發展”。

2020年——法國和美國科學家Emmanuelle Charpentier、Jennifer A. Doudna獲獎，獲獎理由是“開發出一種基因組編輯方法”。

2019年——美國和日本3位科學家John B Goodenough、M. Stanley Whittlingham和Akira Yoshino獲獎，獲獎理由是“在鋰離子電池的發展方面作出的貢獻”。

2018年——美國科學家Frances H. Arnoid獲獎，獲獎理由是“研究酶的定向進化”；另外兩位獲獎者是美國的George P. Smith和英國的Sir Gregory P. Winter，獲獎理由是“研究縮氨酸和抗體的噬菌體展示技術”。

2017年——瑞士、美國和英國3位科學家Jacques Dubochet、Joachim Frank和Richard Henderson獲獎，獲獎理由是“研發出冷凍電鏡，用于溶液中生物分子結構的高分辨率測定”。

2016年——法國、美國、荷蘭3位科學家Jean-Pierre Sauvage、J. Fraser Stoddart和Bernard L. Feringa獲獎，獲獎理由是“分子機器的設計與合成”。

2015年——瑞典、美國、土耳其3位科學家Tomas Lindahl、Paul Modrich和Aziz Sancar獲獎，獲獎理由是“DNA修復的機制研究”。