ZnSe-Cu量子點的合成、表面修飾及其光學性能研究.pdf

1、半導體納米晶又稱為量子點，與傳統(tǒng)有機染料比有明顯的優(yōu)勢，如窄且對稱的發(fā)射光譜，寬及強的吸收光譜，高量子產(chǎn)率及抗光漂白性能等。量子點作為生物標記物在生物領(lǐng)域中有很大的潛在應用價值，并廣泛應用于太陽能電池、光電器件等領(lǐng)域。
　　量子點的制備方法主要有水相和有機相合成兩種方法。與有機相合成方法相比，水相合成方法具有操作步驟簡單、實驗結(jié)果可重復性高、得到的量子點具有很好的水溶性及生物相容性等優(yōu)點，因此引起了越來越多研究者的關(guān)注。然而水相合

2、成得到的量子點量子產(chǎn)率低、穩(wěn)定性差等缺點不利于其應用。對量子點進行表面修飾，可以減少量子點表面的缺陷從而得到量子產(chǎn)率高、穩(wěn)定性好的量子點。本文主要的研究目的是合成水相的ZnSe:Cu量子點、研究ZnSe:Cu量子點的性能及研究其在離子檢測方面的應用情況。然而由于ZnSe:Cu量子點粒徑較小其表面缺陷比較多，并且銅離子的存在會增加猝滅中心的數(shù)量使得量子點的穩(wěn)定性大大減弱，因此在其表面覆蓋比它帶隙寬的ZnS殼得到性能良好的typeⅠ型核殼量

3、子點；在其表面覆蓋比它帶隙窄的CdS殼層，得到穩(wěn)定性良好的typeⅡ型核殼量子點。
　　論文完成的主要工作有：
　　1.采用水相合成方法合成得到具有水溶性的ZnSe:Cu量子點
　　探討了回流時間、銅摻雜量、反應溫度、Zn與Se的比例及pH值等因素對ZnSe:Cu量子點光學性能的影響。我們采用X射線衍射(XRD)和透射電子顯微鏡(TEM)對樣品的結(jié)構(gòu)和形貌進行表征，通過熒光分光光度計（PL、PLE）和紫外可見分光光度計

4、（UV-Vis）表征量子點的光學性能。分析實驗結(jié)果我們得出以下結(jié)論：ZnSe:Cu量子點為立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，晶粒為球形，分散性較好，顆粒尺寸分布在2.7 nm左右。通過對其光學性能研究發(fā)現(xiàn)，各個影響因素的改變可以在很大程度上改變其光學性質(zhì)，最后我們得出最佳制備條件。以最佳制備條件得到的ZnSe:Cu量子點為熒光探針對常見的金屬離子進行檢測。檢測結(jié)果顯示ZnSe:Cu量子點對鉛離子有獨特的響應性，并建立了熒光猝滅強度對Pb2+濃度的線性關(guān)系

5、，得到可以檢測鉛離子濃度的Stern-volmer方程。
　　2.以水溶性ZnSe:Cu量子點為晶核，在水溶液中采用外延生長法制備得到包覆不同殼層厚度的ZnSe:Cu/ZnS和ZnSe:Cu/CdS核殼量子點，利用XRD、TEM、UV-Vis和PL等分析方法對納米晶的結(jié)構(gòu)、形貌和光學性質(zhì)進行了表征。從圖譜中可以看出核殼量子點的性能與包覆殼層的厚度有關(guān)，不同的殼層材料對ZnSe:Cu量子點的發(fā)光性能影響有所不同。具體結(jié)論如下：

6、>　?。?）在ZnSe:Cu量子點表面包覆ZnS殼層后，由PL峰可以看出與銅離子相關(guān)的發(fā)光強度有不同程度的增強。隨著殼層厚度的增加，發(fā)光強度先增強后減弱，峰位總體紅移，當殼核比為2時，強度幾乎為原始的3倍。從UV-vis和PLE峰位紅移證明得到的量子點為核殼結(jié)構(gòu)而非合金結(jié)構(gòu)，從TEM中可以看出，量子點粒徑隨著殼層數(shù)的增加而變大，間接證明我們得到了核殼結(jié)構(gòu)的量子點。ZnSe:Cu/ZnS（2）核殼量子點對多個金屬離子尤其是重金屬Co2+和

7、Pb2+兩種離子的選擇作用無法區(qū)分，ZnSe:Cu/ZnS（2）核殼量子點作為熒光探針無法對金屬離子進行檢測。
　?。?）在ZnSe:Cu量子點表面包覆CdS殼層后，由PL峰可以看出與銅離子相關(guān)的發(fā)光強度首先出現(xiàn)了很大幅度的降低，然后出現(xiàn)先增強后減弱的現(xiàn)象，峰位紅移比較明顯，當殼核比為4時，發(fā)光效果最好，同時UV-vis和PLE峰位紅移，證明我們得到了核殼結(jié)構(gòu)的ZnSe:Cu/CdS量子點。ZnSe:Cu/CdS（4）核殼量子點對