四川大学余睽教授团队以水相硒化锌（ZnSe）胶体半导体量子点（quantum dot, QD）为研究对象，首次阐明了QD成核与生长的非经典路径（经步骤1）和经典路径（经步骤3），受化学合成反应的浓度、阴阳离子投料比、pH、温度等实验参数的调控（图1）。团队通过调控同一反应的不同实验参数，在室温选择性可控合成了ZnSe幻数团簇（magic-size cluster, MSC）MSC-299（在299 nm有固定紫外吸收）（经步骤1）和QDs（经步骤3）。

研究团队专注于被忽略已久的反应中间体，MSC的前驱化合物（precursor compound，PC）的研究，首次发现反应物的浓度是调控QD成核与生长的经典和非经典路径的一个重要参数。在室温和恒定pH，仅改变反应的浓度（图2），高浓度组只有PC-299/MSC-299生成，而低浓度组有PC-299/MSC-299和QD的生成。MSC-299的最大值可以用来间接反映PC-299的最大生成量；MSC-299的最大值与反应浓度不呈现等比例关系。这一结果有力地支持了步骤1和步骤3的竞争，进一步阐明了QD的形成，存在非经典（经步骤1）和经典（经步骤3）的两条路径。研究团队还发现，高阳/阴离子前驱体投料比有利于步骤1；同时也验证了中间体PC在其它已报道的反应的存在（图3）。

对于胶体半导体QD材料的水相合成和油相合成 (Adv. Mater. 2022, 2107940)，研究人员需要关注两个方面：化学反应实验参数，以及QD成核和生长的路径。结晶是自然界和工业界中普遍存在的现象，如水结冰、生物矿化、药物提纯与分离等；对结晶过程的深刻理解，包括一步成核（经典成核理论）和多步成核（非经典成核理论），对材料合成和应用具有重要意义。该水相ZnSe MSC和QD的选择性可控合成研究，为其它QD和非QD体系（如钙基无机物、有机分子、蛋白质、金属等）的成核生长机理和结晶过程的研究提供了新的思路，具有重要的指导意义。