基于綠色化學(xué)理念的納米硫化鎘的合成及應(yīng)用.pdf

1、硫化鎘是一種重要的Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體材料,具有良好的光電學(xué)性能,近年來受到日益廣泛的關(guān)注,并在諸多領(lǐng)域表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景。例如納米硫化鎘能夠用于太陽能電池、光催化降解有機(jī)污染廢水、與鉻結(jié)合作為中紅外激光器材料等,特別是硫化鎘量子點(diǎn),由于具有較好的光致發(fā)光性能,在生物醫(yī)學(xué)和化學(xué)分析領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。然而,目前硫化鎘納米材料的合成大多是在高溫高壓的苛刻條件下進(jìn)行,而且通常需要使用有毒的有機(jī)溶劑。本文基于綠色合成的理念,力求探索簡單易行、條件溫

2、和、環(huán)境友好的硫化鎘納米材料的合成方法。本論文的特點(diǎn)有三個(gè)方面,其一,添加劑主要選用環(huán)境友好且具有良好生物相容性的生物小分子氨基酸,不使用具有毒性的含巰基有機(jī)添加劑;其二,溶劑選用綠色環(huán)保的水做介質(zhì),而非常用的有毒有機(jī)溶劑:其三,合成條件相對溫和,反應(yīng)時(shí)間較短,與目前的高溫高壓條件相比,本研究所用合成條件更節(jié)能。
　　 本論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　 (1)水溶液中,溫和條件下,以胱氨酸為基質(zhì)可控合成了由納米片組成的具

3、有分級結(jié)構(gòu)的硫化鎘微米球。晶體結(jié)構(gòu)和形貌分析結(jié)果表明,合成的硫化鎘是方硫礦晶型,微米球直徑在4-8μm,納米片厚度為60-80 nm;光學(xué)性質(zhì)測定表明,合成的硫化鎘在200-500nm有較強(qiáng)的紫外吸收,在528nm處有強(qiáng)的熒光吸收峰。此外,本論文還研究了具有分級結(jié)構(gòu)硫化鎘微米球的形成機(jī)理。
　　 (2)根據(jù)α-氨基酸中R基的極性和結(jié)構(gòu)的不同,將20種常見的氨基酸分為五類。本實(shí)驗(yàn)在每一類中選取兩種氨基酸作為基質(zhì)。水溶液中一鍋法合成

4、了硫化鎘量子點(diǎn)。通過對產(chǎn)物硫化鎘的粒徑和晶型分析,發(fā)現(xiàn)該方法合成的硫化鎘都是立方相晶型。近一步研究表明氨基酸雜化合成的硫化鎘粒徑分布規(guī)律是:有芳香環(huán)、咪唑環(huán)和雙羧基結(jié)構(gòu)的氨基酸所參與合成的硫化鎘量子點(diǎn)粒徑較小且分散性好。產(chǎn)物的紅外光譜分析結(jié)果表明,氨基酸中的羧基在產(chǎn)物硫化鎘的形成過程中起到了與鎘離子配位的重要作用。目標(biāo)產(chǎn)物的紫外和熒光光譜分析結(jié)果顯示,紫外光譜的吸收強(qiáng)度順序?yàn)?Glu-CdS＞Trp-CdS＞Arg-CdS＞Thr-Cd

5、S＞Val-CdS＞His-CdS＞Phy-CdS＞Pro-CdS＞Met-CdS＞Asp-CdS:熒光光譜的強(qiáng)度順序?yàn)?Arg-CdS≥Pro-CdS＞Met-CdS＞Thr-CdS≥Val-CdS＞His-CdS＞Phe-CdS＞Glu-CdS＞Asp-CdS＞Trp-CdS。兩者強(qiáng)度順序沒有必然的聯(lián)系,而量子點(diǎn)的熒光光譜強(qiáng)度顯示出明顯的粒徑依賴性,即量子點(diǎn)的粒徑越小,其熒光強(qiáng)度越強(qiáng)。
　　 (3)本論文以有機(jī)染料羅丹明B作

6、為模型污染物,研究了它們在光催化降解方面的潛在應(yīng)用,并根據(jù)催化效率分為兩組:第一組是高活性組,包括Trp、Glu、His、Asp和Phe這五類氨基酸制備的CdS QDs;第二組是低活性組,包括Pro、Thr、Val、Arg和Met在內(nèi)的五種氨基酸制備的CdS QDs。光催化循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,十種量子點(diǎn)在循環(huán)進(jìn)行光催化降解5次后,其光催化降解效率未發(fā)生明顯的降低,表明合成的量子點(diǎn)具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性?？梢姽馍u基自由基檢測結(jié)果顯示,所制備

7、的十種CdS QDs的光生羥基自由基能力明顯不同,并表現(xiàn)出與QDs光催化降解效率顯著的相關(guān)性,即光生羥基自由基能力越強(qiáng),量子點(diǎn)的光催化降解效率越高。此外,羥基自由基捕獲劑的加入會(huì)顯著降低量子點(diǎn)的光催化降解效率,表明所合成的量子點(diǎn)主要通過可見光照射下羥基自由基的產(chǎn)生進(jìn)行有機(jī)染料的光催化降解,顯示了它們在有機(jī)水污染處理方面的潛在應(yīng)用前景。
　　 (4)細(xì)胞生物學(xué)研究結(jié)果顯示,所合成的CdS QDs除Arg合成的量子點(diǎn)外,均顯示出良好