硫族铅化合物量子点的水相合成及其光学性质表征

摘要

量子点以其优越的光学性能,近年来成为人们关注的热点。与传统的有机荧光染料相比,量子点的发射光谱窄而且对称,发射波长可以通过控制其粒径大小来调节。量子点的荧光强度及稳定性是普通荧光染料的1～2个数量级,并且生物相容性好,有望成为荧光探针的首选。传统的有机金属化学法合成量子点具有反应条件苛刻,成本高、毒性大、产物不溶于水等一系列缺点。本论文以巯基化合物为包裹剂,在水溶液中快速合成硫族铅化合物量子点,合成方法简单,制得的量子点具有良好的光学性能。本文主要包含以下实验工作:
　　(1)二氢硫辛酸包裹的PbSe量子点(QDs)的合成及生物相容性的研究
　　选取双巯基分子二氢硫辛酸(DHLA)作为包裹剂直接在水相中制备了PbSeQDs。考察了一系列反应条件,包括:包裹剂用量,pH值,反应时间,储存时间等对制备PbSeQDs光学性质的影响。通过研究发现,以DHLA包裹的PbSeQDs有着良好的稳定性,这是由于DHLA的两个巯基能同时与PbSeQDs颗粒表面结合,从而更好的保护量子点。而后,我们将合成的PbSeQDs进行了生物相容性的实验,体外溶血实验证实浓度为0.05 mmol/L PbSe QDs的溶血率<5％,达到了生物医用材料的要求。
　　(2)高质量L-半胱氨酸包裹的PbSQDs的水相合成
　　选取L-半胱氨酸作为包裹剂直接在水相中制备了PbSQDs。通过探讨包裹剂用量,pH值,反应时间等对产品的质量进行优化,获得最佳的反应条件。此外,我们还讨论了加入不同硫源(硫化钠、硫代乙酰胺和硫脲)对PbS QDs光学性质的影响。对得到的PbS QDs进行了紫外—可见光谱(UV-vis)、荧光发射光谱(PL)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等表征,结果表明样品荧光强度高,尺寸分布窄,合成的量子点为立方晶体结构。
　　(3) L-半胱氨酸包裹的PbS QDs的水相合成及作为荧光探针探测重金属离子汞的研究
　　我们将制得的PbS QDs作为荧光探针,基于淬灭原理,完成了在一定线性范围内对微量 Hg2+离子的定量检测。对实验条件优化后,我们将此法推广到应用于环境中实际水样中的Hg2+离子的检测,并与原子吸收法(AAS)检测 Hg2+离子的标准方法进行了比较,证明上述两种方法并没有显著差异,在线性范围内也可以实现量子点检测Hg2+离子。
　　(4)不同包裹剂对水相合成PbS QDs的光学性质的影响
　　利用L-半胱氨酸为包裹剂在水相中合成单分散的PbS QDs。在此基础上,我们研究了不同的包裹剂,包括巯基乙酸(TGA)和巯基丙酸(MPA)与 L-半胱氨酸作为包裹剂合成的PbS QDs进行比较,研究了不同包裹剂对PbS QDs的生长过程,光学性质及稳定性的影响。实验结果表明,受包裹剂自身官能团性质和空间位阻的影响,用TGA、MPA、L-半胱氨酸得到的PbS QDs的发射波长和强度不同。用TGA包裹剂,PbS QDs生长最快,产物粒径最大,从而在最快时间生长出大尺寸粒子;用L-半胱氨酸作为包裹剂,PbS QDs生长最慢,但得到的PbS QDs的荧光强度最强。研究表明包裹剂中除了巯基对量子点表面有钝化作用外,包裹剂中其它的官能团也会控制量子点的生长从而影响量子点的尺寸和光学性质。
　　(5)高质量L-半胱氨酸包裹的PbTe QDs的水相合成
　　采用简单的水相合成方法成功的合成了单分散的PbTe QDs。实验方法简单且可控性强。考察不同的合成条件例如反应前驱物的浓度、包裹剂用量、反应时间、pH值等对PbTe QDs的光学性质的影响,并对合成的PbTe QDs进行了UV-vis、PL、TEM、XRD和EDX的表征,并且在此基础上对获得的PbTe QDs进行了化学稳定性的实验,结果表明PbTe QDs在H2O2氧化下有较高的稳定性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1量子点概述及其物理性质

1.2 量子点的合成方法

1.3 量子点的表征

第二章 水相合成双巯基包裹的PbSe QDs 及生物相容性

2.1前言

2.2 水相中PbSe量子点的合成

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 水相合成生物分子修饰的近红外发射的PbS量子点

3.1前言

3.2水相中PbS量子点的合成

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章 水相PbS量子点的制备及其在汞离子测定中的应用

4.1前言

4.2水相中PbS量子点的合成

4.3 结果与讨论

4.4本章小结

第五章 包裹剂对水溶性PbS量子点光学性质的影响

5.1前言

5.2 水相中PbS量子点的合成

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 巯基水相法制备PbTe量子点及其光学表征

6.1前言

6.2 PbTe量子点的水相合成

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

第七章 总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢