配体结构对量子点光学性能影响的研究

摘要

量子点被广泛地应用在发光二极管、太阳能电池和生物标记中，但由于量子点是无机纳米颗粒和大多数基体材料的相容性很差，所以在应用时需要在其表面配位一层有机配体。配体不但可以使量子点可以稳定存在，而且也可以用来改善量子点与基体材料的相容性，所以研究配体结构对量子点光学性能的影响十分重要。
　　 首先，研究了量子点在水中的光学性能，利用配体交换反应使硒化镉量子点表面配位上巯基乙酸，使其能够稳定分散在水中。通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱表征环境pH值和储存时间对巯基乙酸为配体的硒化镉量子点在水溶液中的光学性能的影响，结果表明碱性环境对荧光强度有利，荧光强度在2h内达到最大。
　　 其次，研究了量子点在未固化的环氧树脂中的光学性能，利用硒化镉量子点表面的巯基乙酸与不同分子量的二胺反应，制备得到胺基配体修饰的硒化镉量子点，再把其分散在未固化的环氧树脂中。通过动态光散射表征硒化镉量子点团簇的粒径分布，通过荧光光谱表征硒化镉量子点的荧光性能。结果表明短分子链胺基配体修饰的样品粒径较小，荧光强度较高。
　　 然后，利用二乙烯三胺为固化剂制备得到硒化镉量子点/环氧树脂纳米复合材料，研究了不同配体修饰对复合材料的光学性能的影响。通过高分辨透射电镜表征硒化镉量子点在复合材料中分散性，通过紫外-可见光谱表征复合材料的透明性，通过荧光光谱表征复合材料的荧光性能。结果表明短分子链胺基配体修饰的硒化镉量子点在环氧树脂中分散性好，所制备的复合材料的透明性高，荧光强度高。
　　 最后，研究了配体对硫化镉量子点敏化太阳能电池的影响，通过透射电镜、扫描电镜和能谱表征光电极薄膜的形貌和组成，通过在模拟太阳光白光光源下表征电池的性能。结果表明少量的配体加入可以使电池的光电转换效率提高，过多的配体对光电转换效率不利。

目录

声明

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 量子点定义及特点

1．2．1 量子点的定义

1．2．2 量子点的特点

1．3 量子点的种类

1．3．1 发短波长荧光的量子点

1．3．2 发可见光的量子点

1．3．3 发长波长荧光的量子点

1．3．4 新型量子点

1．4 量子点的合成方法

1．4．1 连续离子层吸附和反应法

1．4．2 化学浴沉积法

1．4．3 金属有机化合物气相沉积法

1．4．4 原子层沉积法

1．5 量子点的配体

1．5．1 配体的作用及一般结构

1．5．2 配体的种类

1．5．3 配体修饰的方法

1．6 量子点的应用

1．6．1 生物标记示踪

1．6．2 发光二极管

1．6．3 太阳能电池

1．7 本课题的研究内容和意义

1．7．1 本课题的研究内容

1．7．2 本论文的研究意义

第二章 实验部分

2．1 实验药品

2．2 实验设备

2．3 巯基乙酸为配体的硒化镉量子点的制备

2．4 硒化镉量子点表面的胺基改性

2．5 硒化镉量子点和未固化环氧树脂的混合物的制备

2．6 硒化镉量子点／环氧纳米复合材料的制备

2．7 硫化镉敏化的量子点太阳能电池的制备

2．8 表征方法

2．8．1 量子点配体交换过程的表征

2．8．2 量子点光学性能的表征

2．8．3 量子点稳定性的表征

2．8．4 量子点分散性的表征

2．8．5 形貌的表征

2．8．6 电池效率的表征

第三章 结果与讨论

3．1 硒化镉量子点配体交换过程的研究

3．1．1 硒化镉量子点的配体交换

3．1．2 硒化镉量子点配体交换过程表面羧基含量的变化

3．1．3 硒化镉量子点配体交换前后分散性的变化

3．1．4 硒化镉量子点配体交换前后荧光性能的变化

3．1．5 小结

3．2 巯基乙酸为配体的硒化镉量子点在水溶液中的性能研究

3．2．1 环境pH值对巯基乙酸为配体的硒化镉量子点的影响

3．2．2 储存时间对巯基乙酸为配体的硒化镉量子点的影响

3．2．3 小结

3．3 硒化镉量子点表面的胺基改性

3．3．1 胺基改性的硒化镉量子点的的红外表征

3．3．2 胺基改性的硒化镉量子点的元素分析

3．3．3 胺基改性的硒化镉量子点的的形貌

3．3．4 胺基改性的硒化镉量子点的的荧光性能

3．3．5 小结

3．4 不同配体修饰对硒化镉量子点在环氧树脂基体中的性能影响

3．4．1 硒化镉量子点在未固化的环氧树脂中的分散性及荧光性能

3．4．2 硒化镉量子点在纳米复合材料中的分散性和光学性能

3．4．3 小结

3．5 配体修饰对硫化镉量子点敏化太阳能电池性能的影响

3．5．1 光阳极的表征

3．5．2 配体对电池效率影响的表征

3．5．3 小结

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果和发表的学术论文

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