CdSe量子点的水相合成及其光学性能研究

摘要

在过去的十多年，零维半导体纳米材料以其独特的光学、电学性能已被应用于太阳能电池，发光二极管，生物标记等领域。有机相合成的量子点不能溶于水，生物相容性差。相反，水相合成量子点方法简单、低毒，量子点在水中可以稳定存在，生物相容性好。因此，本课题采用水相法来合成CdSe量子点。
　　首先，我们在水相中不同温度下合成了CdSe量子点。合成的量子点用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱来表征其光学性能，用X射线衍射和透射电镜对颗粒的结晶和尺寸进行测试。结果表明随着反应温度从室温升到90oC，量子点的禁带宽度明显减小，相应的量子点的尺寸增加，同样光学性能也发生很大变化。起始温度对量子点的合成和光学性能有重要的影响。从更广泛地控制荧光颜色和强度的角度出发，17-90oC的反应温度范围更适合合成CdSe量子点。
　　其次，我们通过水相合成量子点的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱等光学性能来研究量子点的成核与长大的动力学。两个重要的动力学参数反应温度和反应时间分别在20-90oC和0-12h变化。我们的研究表明在较低温度如20oC有利于形核过程，形成颗粒小、分布窄的纳米颗粒。在20-90oC各个反应温度下，颗粒的长大大约在1h内完成。反应温度对量子点的动力学性能有很大的影响。70oC的样品有最大的荧光性能变化范围。从更广泛地控制荧光颜色和强度的角度出发，反应温度为70oC有利于CdSe量子点的合成。
　　再次，我们对比研究了在水相和乙醇相中合成的量子点。和水相相比，乙醇相中合成的量子点有更优的荧光性能。通过仔细表征，结果表明在乙醇相中合成的量子点的不同的原因是存在大的聚集体。通过透射电镜和高分辨透射电镜的观察表明乙醇相合成的量子点是三级微结构，而水相合成的量子点是二级微结构。乙醇相中获得的量子点的荧光性能强是因为其表面包覆了更多的稳定剂TGA的结果。
　　最后，我们还开展了核壳结构量子点的合成，即通过使用不同量的Zn和S进行包覆。研究结果表明：Zn和S的使用量较少则不足以形成较好的包覆，荧光强度也因此没有明显提高；当用量较大时则由于包覆太多也会影响到核的荧光发射，合适的包覆用量为Cd:Se:Zn:S=2:1:5:5。此外，研究还表明，Cd的过量有利于合成CdSe量子点，合适的Cd和Se的比例为6:1；表面配体TGA与Cd的比例则为1:1；当使用L-半胱氨酸做为配体时量子点的荧光发射也出现了增强。

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第一章 前言

1.1 量子点简介

1.2 CdSe量子点的合成方法

1.3 量子点的应用

1.4 本论文研究的主要内容

第二章 实验原材料及所用仪器设备

2.1 温度对合成的CdSe量子点的光学性能的影响的仪器及药品

2.2 通过光学性能研究水相合成量子点的成核和长大动力学的仪器及药品

2.3 对比研究水相、乙醇相合成的CdSe量子点的仪器及药品

2.4 量子点核壳结构及其他方面的研究的仪器及药品

第三章 温度对合成的CdSe量子点的光学性能的影响

3.1实验方法

3.2紫外-可见吸收光谱分析

3.3 X射线衍射分析

3.4 TEM表征

3.5 荧光光谱分析

3.6 结论

第四章 通过光学性能研究水相合成量子点的成核和长大动力学

4.1 实验方法

4.2 在最初反应阶段的成核

4.3 晶粒生长动力学

4.4 颗粒的结晶和形态

4.5 荧光性能

4.6 结论

第五章 对比研究水相、乙醇相合成的CdSe量子点

5.1 实验方法

5.2 荧光光谱和紫外-可见吸收光谱分析

5.3 FT-IR, DLS, TG/DTA和XRD的表征

5.4 通过TEM和HRTEM观察显微结构

5.5 结论

第六章 量子点核壳结构及其他方面的研究

6.1量子点核壳结构的研究

6.2不同Cd和Se比例的研究

6.3不同TGA和Cd比例的研究

6.4不同溶液pH值的研究

6.5加入不同配体的研究

6.6 结论

第七章 结论

参考文献

致谢

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