量子點(diǎn)的合成及其在二氧化鈦納米管太陽(yáng)能電池和分析檢測(cè)中的應(yīng)用研究.pdf

1、量子點(diǎn)作為一種新型的半導(dǎo)體納米材料，由于存在量子尺寸效應(yīng)、多重激子激發(fā)效應(yīng)、量子限域效應(yīng)等物理特性，使其具有很多優(yōu)點(diǎn)，如光顏色可調(diào)、激發(fā)光譜寬、抗光漂白等，因而被廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、太陽(yáng)能電池光電器件、熒光探針、LED照明以及光催化等領(lǐng)域。目前合成量子點(diǎn)的主要方法有:有機(jī)相合成法、水熱法、水相合成法，傳統(tǒng)的有機(jī)相合成方法已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于大多數(shù)商業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，但其合成的量子點(diǎn)不具有水溶性且毒性較大。相對(duì)于有機(jī)合成法，水相合成法合成的量子

2、點(diǎn)具有很好的水溶性且制備過(guò)程簡(jiǎn)單，在檢測(cè)、水污染處理方面具有廣闊的前景。但是，目前水相法合成出的量子點(diǎn)的熒光量子效率較低。另外，隨著各種能源的缺乏，太陽(yáng)能成為了國(guó)內(nèi)外科研工作者迫切想要開發(fā)的清潔能源。作為第三代太陽(yáng)能電池的量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池由于具有較大的消光系數(shù)、可調(diào)的吸收光譜范圍和很高的理論效率等特點(diǎn)引起了人們的廣泛關(guān)注。目前，量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池主要是將ⅡB-ⅥA族、ⅢB-ⅤA族半導(dǎo)體(如CdS、PbS、CdSe、InP)敏化在T

3、iO2納米管、ZnO顆粒來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是由于TiO2納米管管徑小，量子點(diǎn)極易在納米管的表面發(fā)生團(tuán)聚，從而影響量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的光電性能。所以尋求一種簡(jiǎn)單、快速的敏化方法使太陽(yáng)能電池具有高的光電轉(zhuǎn)換效率成為了太陽(yáng)能電池研究中的一個(gè)重點(diǎn)。量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池一般由量子點(diǎn)敏化劑、TiO2納米結(jié)構(gòu)的光電極、對(duì)電極、和氧化還原電解液組成，它高效率的光電轉(zhuǎn)換及低成本的優(yōu)點(diǎn)與其結(jié)構(gòu)有關(guān)。例如，量子點(diǎn)的種類，量子點(diǎn)在太陽(yáng)能電池表面的分部是否均勻，量子點(diǎn)的敏

4、化方式。
　　本文采用綠色環(huán)保的水相法合成CdTe和CdSe量子點(diǎn)，對(duì)所合成的量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)、形貌、光譜性能等分別通過(guò)X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、熒光發(fā)射光譜(PL)進(jìn)行了表征。采用陽(yáng)極氧化法制備了有序的TiO2納米管材料，并將CdTe、CdS、CdSe量子點(diǎn)敏化于納米管上及研究由它們組成的量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換性能。除此之外還將實(shí)驗(yàn)所合成的MPA-CdTe量子點(diǎn)作為熒光探針建立熒光猝滅法檢測(cè)三聚氰胺，并將該方

5、法用于檢測(cè)奶制品中的三聚氰胺的含量。詳細(xì)的工作具體如下:
　　(1)在水溶液中，通過(guò)微波輻射法成功地合成了以亞碲酸鈉(Na2TeO3)做碲源、以3-巰基丙酸(MPA)做穩(wěn)定劑和還原劑的CdTe量子點(diǎn)。最佳的實(shí)驗(yàn)條件為: Cd2+、Te2-、MPA的摩爾比為1∶0.05∶4.5，前驅(qū)體溶液的pH為10.0，反應(yīng)溫度為100℃，在此條件下合成的CdTe量子點(diǎn)的最大熒光量子產(chǎn)率(QY)達(dá)到63.6％。另外，采用硫代蘋果酸(MSA)為穩(wěn)定

6、劑，亞硒酸鈉(Na2SeO3)和抗壞血酸(Vc)為反應(yīng)前體，在溶液的pH為11.0，反應(yīng)溫度為100℃，MSA、Se2-、Vc的摩爾比為1∶0.08∶1的條件下合成具有優(yōu)良熒光性能（QY為21.0％）的水溶性CdSe量子點(diǎn)。最后利用巰基乙酸為穩(wěn)定劑，硫化鈉為硫源，在水相中一步合成CdS量子點(diǎn)，并將其應(yīng)用于量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池中。
　　(2)以高度有序的銳鈦礦型TiO2納米管為載體，采用水熱法合成CdS/TiO2光陽(yáng)極和CdTe/C

7、dS/TiO2光陽(yáng)極。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在制備CdS/TiO2納米管光陽(yáng)極時(shí)，穩(wěn)定劑的量為340.0μL，前驅(qū)液pH為10.0，反應(yīng)溫度為80℃，沉積時(shí)間為4h時(shí)獲得的光電轉(zhuǎn)換效率最大(0.64％)。另外，在本章實(shí)驗(yàn)中還制備了CdTe/CdS/TiO2納米管光陽(yáng)極，研究結(jié)果表明，CdTe/CdS/TiO2納米管光陽(yáng)極的光電轉(zhuǎn)化效率比CdS/TiO2光陽(yáng)極提高了約3倍。
　　(3)采用連續(xù)離子沉積法方法制備CdSe/TiO2和CdSe/C

8、dS/TiO2光陽(yáng)極，并研究不同沉積次數(shù)對(duì)CdSe/TiO2和CdSe/CdS/TiO2納米管太陽(yáng)能電池的影響，其結(jié)果表明:當(dāng)量子點(diǎn)的沉積次數(shù)分別為6和7次，測(cè)試電解液的組成為0.25 mol·L-1 Na2S和0.35 mol·L-1 Na2SO3混合溶液時(shí)，光電轉(zhuǎn)化效率分別為0.75％和1.95％。共敏化比單一敏化的光電轉(zhuǎn)換效率提高了2.6倍。
　　(4)用上述合成的MPA-CdTe做為熒光探針檢測(cè)三聚氰胺。在最優(yōu)條件下:當(dāng)體