2023年诺贝尔化学奖得主： Moungi G. Bawendi、Louis E. Brus 和 Alexei I. Ekimov

2023年诺贝尔化学奖正式揭晓。

北京时间10月4日，瑞典皇家科学院宣布，2023年诺贝尔化学奖授予三位探索纳米和量子点领域的先驱：美国麻省理工学院 (MIT)教授蒙吉·巴文迪（Moungi G. Bawendi），美国哥伦比亚大学的路易斯·布鲁斯 (Louis E. Brus)，以及美国纳米晶体技术公司科学家阿列克谢·伊基莫夫(Alexei I. Ekimov)，以表彰他们对量子点的发现和研究。

据悉，今年每项诺贝尔奖的奖金增加到1100万瑞典克朗（约合717万元人民币），上述三位科学家将平分单项奖金。

有趣的是，今年诺贝尔化学奖提前4小时被泄露了出去。当地时间周三早上，瑞典公共广播公司SVT和报纸《每日新闻》突然提前报道了上述三位得主信息，并称来源是瑞典皇家科学院的一封邮件。诺贝尔化学委员会专家海纳·林克（Heiner Linke）曾回应称，周三上午尚未做出决策，若提前发布新闻稿那“肯定”是错误的。

然而，如今诺奖“谜底”已解开，三位探索量子点纳米粒子领域的先驱获得了今年诺贝尔化学奖，这也间接确认了上述泄漏信息属实。

事实上，“量子点”技术与人们日常生活关系密切。无论是电脑显示器、量子点发光二极管（QLED）电视屏幕，还是被量子点医疗和化学设备，这些都为人类带来了“福祉”，并促进科学技术创新发展。诺奖委员会称，量子点合成材料的潜力还远未被完全挖掘，未来将有望应用于量子计算、传感器、光电池和光能源催化剂等领域。

那么，随着今年诺贝尔化学奖的公布，量子点纳米技术的产业化是否将迎来“春天”？

开拓“量子点”技术的先驱

简单来说，纳米晶体指晶粒为纳米尺寸的晶体材料，或具有晶体结构的纳米颗粒，一般尺寸小于100纳米。直径小于10nm的半导体纳米晶体，则通常被称为量子点（Quantum Dot）。

而“量子点”这个名字，来源于其独特的量子限域效应或者量子尺寸效应，又称“半导体纳米晶”。

从本质上讲，量子点是一种微小的半导体材料技术。而半导体材料是信息社会的基石，纳米晶体材料的改变会导致电子结构发生变化。

量子点大体为两种类型：电发射型（电致发光）和光发射型。其中，光发射量子点可以用在显示器层中，用于转换来自LED背光的单色蓝光，以发射用于LCD屏幕的纯色光；电发射量子点被用作发光二极管，类似于有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）或microLED显示器，但采用电发射量子粒子的电视机目前仍然处于实验阶段。

早在1937年，物理学家 Herbert Frohlich 就预见了纳米粒子的行为与常规粒子有所不同。他基于薛定谔方程的理论结果指出，当粒子尺寸极小，材料中的电子空间将会减少，导致电子（具有波粒二象性）被压缩在一起。Frohlich认为这会导致材料的特性发生显著变化。

20世纪70年代，研究人员成功地制造了纳米结构，并通过分子束在块状材料上形成了纳米薄层。随后，他们发现该涂层的光学特性随厚度变化，这与量子力学的预测一致。

然而，量子力学的实验需要超高真空和接近绝对零度的环境，但当时的技术材料并不能真正解决和发现量子力学现象，整个实验和技术探索陷入了瓶颈。

三位化学奖得主则突破了技术瓶颈，它们发现“有色玻璃”相关技术材料会产生量子效应。

1980年左右，2023诺贝尔化学奖得主、当时在苏联的 SI Vavilov 国立光学研究所工作的阿列克谢·伊基莫夫(Alexei I. Ekimov) ，对单一物质能产生不同颜色的玻璃感到好奇。他用光学方法研究了有色玻璃，并生产出用氯化铜着色样本。经过各种热处理，玻璃中形成了不同大小的氯化铜微晶体。伊基莫夫发现，大颗粒的光吸收与氯化铜的常规光吸收一致，但当颗粒尺寸减小时，它们吸收的光变得较蓝。

从中，他认识到这是一个与材料技术有关的量子效应。1981年，他将这一研究成果发表在苏联科学期刊上——这是世界第一次有人成功研发出“量子点”技术材料。随后伊基莫夫移居美国，并于1999年被任命为美国纳米晶体技术公司（Nanocrystals Technology Inc.）首席科学家。

另一位得主路易斯·布鲁斯（Louis Brus），1983年在美国贝尔实验室证明硫化镉胶体的大小被改变的同时，其激子能量也随之变化。利用制造硫化镉的小颗粒，他发现随着时间的推移，这些颗粒的光学特性会改变。为了验证其观察，他比较了直径约为4.5nm和 12.5nm的颗粒的光学特性，从而得出“较小的颗粒，它们吸收的光越蓝”这一发现。

1983年，布鲁斯将这一研究成果对外发表，并进一步研究了其他物质的颗粒获得相同的结果——这是世界上第一位证明流体中自由漂浮的粒子的尺寸依赖性量子效应的科学家。2004年，他当选为美国国家科学院院士，目前还是美国哥伦比亚大学化学教授，鲍尔科学成就奖获得者。

今年第三位诺贝尔化学奖获得者蒙吉·巴文迪（Moungi G. Bawendi），则是彻底改变了量子点的生产模式。

1988年，巴文迪在布鲁斯的实验室开始博士后培训，当时正努力改进生产量子点的方法。他们试验了多种材料，努力形成结构良好的纳米晶体，但成果尚不理想。

后来，巴文迪在美国麻省理工学院继续研究，希望生产更高质量的纳米粒子。1993年，他带领的团队取得重大技术突破，研究人员在特定溶剂中注入物质形成了纳米晶体，并通过调整溶液温度成功控制了晶体的大小。它们所制得的纳米晶体接近完美，呈现出明显的量子效应，而生产方法简单高效。

上述三位的研究成果，开拓了“量子点”纳米技术时代。

如今，越来越多的化学家开始研究纳米技术和量子点的特性，而量子点因其荧光性质在商业产品中得到应用，主要利用量子点产生“彩色光”，当量子点被蓝光照射时，它们能吸收光并发射出不同颜色。通过调整粒子大小，可以确定它们发光的确切颜色。

其中，量子点的这种光学性质，被应用于基于QLED技术的计算机和电视屏幕，其中Q代表量子点。在这些屏幕上，使用新的高效二极管技术产生蓝光，并转换部分蓝光使其变为红色或绿色，从而在电视屏幕上产生“红绿蓝”三种基本颜色。而且利用该技术，还可以调整LED灯光使其更接近自然光或暖光。

同时，量子点还在生物化学和医学中得到应用，可以制造生物医药领域的显色剂，指导外科医生跟踪和切除肿瘤，化学家则利用量子点的催化性质来驱动化学反应。此外，这种材料还有潜力被用于量子计算、柔性电子产品、微小传感器、更薄的太阳能电池，甚至量子加密通信等领域。

“量子点具有许多令人着迷且不寻常的特性。重要的是，它们根据大小而具有不同的颜色，”诺贝尔化学委员会负责人Johan Aqvist表示。

诺奖委员会的通告中评价称，量子点的合成技术正在为人类带来“最大的福祉”（the greatest benefit to humankind），其潜力还远未被完全挖掘。

超189人获诺贝尔化学奖，最年轻得主仅35岁

据悉，诺贝尔化学奖是诺贝尔奖的六个奖项之一，由瑞典皇家科学院每年颁发给在物理科学领域做出杰出贡献的科学家。

1895年11月27日，瑞典著名化学家、硝化甘油炸药发明人诺贝尔（Alfred Nobel）在他逝世前一年写下最后一份遗嘱，根据最后遗嘱所述，他的遗产将用于建立一系列奖项，表彰在物理学、化学、和平、生理学或医学以及文学上“对人类作出最大贡献”的人士，并于1901年首次颁发诺贝尔化学奖。

自1901年至2022年，诺贝尔化学奖已颁发113次，没有颁发的8年分别是1916年、1917年、1919年、1924年、1933年、1940年、1941年和1942年，主要原因是第一次、第二次世界大战。其中，63次为单独获奖者，25次为2人共享，25次为3人共享。

截至2022年，诺贝尔化学奖已授予191名获奖者，实际获奖个人为189人，因为科学家弗雷德里克·桑格和巴里·夏普莱斯两次获奖。

其中，最年轻的诺贝尔化学奖获奖者是法国科学家Frederic Joliot，1935年因“合成新的放射性元素”与妻子Irène Joliot-Curie一起获奖，时年35岁；最年长的获奖者是美国科学家John B. Goodenough，2019年因“在锂离子电池的发展方面作出的贡献”获奖，时年97岁。他也是迄今为止所有诺奖得主中获奖时最年长的一位。

另外在189位诺奖得主中，有8位女性，分别是1911年的居里夫人（同时她还获得1903年的物理学奖），1935年的Irene Joliot-Curie玛丽·居里（居里夫人之女，弗雷德里克·约里奥的妻子），1964年的多萝西·克劳富特·霍奇金，2009年的阿达·尤纳特，2018年的弗朗西斯·H·阿诺德，2020年的埃曼纽尔·夏彭蒂埃和詹妮弗·A·杜德娜，以及2022年的卡罗琳·R·贝尔托齐。其中，玛丽·居里和霍奇金获得了独享的2022年化学奖。

值得一提的是，今年诺贝尔奖的奖金增加100万瑞典克朗，使奖金总额达到1100万瑞典克朗（约合717.51万元人民币）。官方称，这主要由于诺贝尔基金会财务状况良好，有消息称其资金投资于国债、房地产和股市，财务收益影响了诺贝尔奖的奖金金额，近年来一直在调整。

截至2022年底，诺贝尔基金会的投资资本已经达到57.99亿瑞典克朗（约合37.83亿元）。

法新社称，这将是诺贝尔奖一百多年历史上的最高奖金金额，而最初诺贝尔遗产仅3100万瑞典克朗。

至今，诺贝尔奖已经走过120多年，成为了全球最受关注的顶尖科学奖项，长远地激励着人类的科学进步。

以下是过去8年诺贝尔化学奖得主名单：

2022年：美国科学家Carolyn R. Bertozzi、丹麦科学家Morten Meldal和美国科学家K. Barry Sharpless获奖，获奖理由是表彰他们“在点击化学和生物正交化学方面的发展”。

2021年：德国和美国科学家Benjamin List和David W.C. MacMillan获奖，获奖理由是“在不对称有机催化方面的发展”。

2020年：法国和美国科学家Emmanuelle Charpentier、Jennifer A. Doudna获奖，获奖理由是“开发出一种基因组编辑方法”。

2019年：美国和日本3位科学家John B Goodenough、M. Stanley Whittlingham、Akira Yoshino获奖，获奖理由是“在锂离子电池的发展方面作出的贡献”。

2018年：美国科学家Frances H. Arnoid获奖，获奖理由是“研究酶的定向进化”；另外两位获奖者是美国的George P. Smith和英国的Sir Gregory P. Winter，获奖理由是“研究缩氨酸和抗体的噬菌体展示技术”。

2017年：瑞士、美国和英国3位科学家Jacques Dubochet、Joachim Frank和Richard Henderson获奖，获奖理由是“研发出冷冻电镜，用于溶液中生物分子结构的高分辨率测定”。

2016年：法国、美国、荷兰3位科学家Jean-Pierre Sauvage、J. Fraser Stoddart和Bernard L. Feringa获奖，获奖理由是“分子机器的设计与合成”。

2015年：瑞典、美国、土耳其3位科学家Tomas Lindahl、Paul Modrich和Aziz Sancar获奖，获奖理由是“DNA修复的机制研究”。

（本文首发钛媒体App，作者｜林志佳  编辑｜马金男）