水相CdTe量子点的合成及其光学性能研究

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自1964年纳米晶合成开始后,量子点的研究得到了迅速的发展,同时量子点的研究也得到了广泛的关注。由于量子点可调粒径宽和优异的光学特性,电学特性,使得量子点在生物荧光标记,发光器件以及太阳能电池等领域得到广泛的应用。纳米晶的种类很多,对于Cd系纳米晶研究较多.在Cd系纳米晶当中,CdTe纳米晶具有荧光强度高,半峰宽窄,尺寸范围宽。关于量子点的合成途径有很多种,大致可以分为有机相和水相两种。对比有机相合成,水相合成方法简单易操作,合成温度低,毒性小。因此我们选择水相合成CdTe量子点。第一:我们使用两步法水相合成CdTe量子点。通过改变Cd/Te,确定合成实验中的Cd与Te比例关系。实验结果表明:当Cd/Te=8/1时,得到最大的荧光强度,在本实验中,Cd/Te=6/1,此条件下的粒径生长符合我们当前研究的条件。在合成过程中,温度,配体对CdTe纳米晶的长大动力学得影响不同,通过紫外和荧光光谱的结果,我们得到合成CdTe量子点的温度范围很宽,在水相中可以从60℃到100℃选择。90℃较适合我们当前条件下的合成温度。紫外吸收光谱表明使用三种不同分子结构的巯基类配体合成的量子点的发光量子产率和生长动力学有着明显的区别。与TGA和L-半胱氨酸相比,MPA合成的量子点具有从浅绿色到深红色的颜色变化以及强的荧光发射,但是它的半峰宽很大。第二:后处理是一个可以对CdTe量子点的表面进行钝化修饰的方法,尤其是有机胺试剂的添加,比如乙二胺(EDA)和己二胺(HDM),对量子点具有很好的表面修饰作用。EDA和HDM是有机合成中常用的一种试剂。根据以前的报道,使用乙二胺(EDA)后续处理合成后的CdTe量子点可以增强荧光发射强度和增大量子产率。我们使用己二胺(HDM)作为另外一个有机氨试剂去探索氨对巯基包覆的CdTe量子点的影响。通过室温下使用EDA和HDM处理合成后的CdTe量子点,TGA和MPA包覆的量子点的荧光有明显的增强而LCys无实际意义。第三:两步法在水相中合成CdTe量子点,配体为巯基乙酸(TGA),巯基丙酸(MPA),L-半胱氨酸(LCys),合成后的溶液,添加无机离子对CdTe量子点进行处理,我们的实验结果表明在CdTe量子点中添加Zn2+可以提高胶体量子点的荧光强度至一个数量级。同时,胶体量子点还可以快速沉降。因此,我们可以通过简单的离心和随后的干燥过程得到强荧光的CdTe纳米晶粉体。此外,通过将所得粉末溶解于NaOH溶液中,我获得了具有强荧光的量子点溶胶溶液。第四:通过水相合成的CdTe胶体量子点具有较多的表面缺陷、不饱和空悬键存在、稳定性差、荧光强度一般和粒径变化范围小等缺点。壳层结构可以提高量子点的光学性能。通过TGA配体合成CdTe量子点,ZnS进行包壳,得到的CdTe/ZnS量子点具有从绿色到暗红色的荧光发射光谱,从而弥补了MPA作为配体合成量子点的半峰宽很大的缺陷。CdTe/ZnS核壳结构的量子点的量子产率高。ZnS具有无毒性,合成的CdTe/ZnS量子点对于应用具有重大的意义。
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