基于電化學(xué)法的水相體系中碲化鎘及碲鋅鎘量子點(diǎn)的合成.pdf

1、目前，科學(xué)工作者對(duì)量子點(diǎn)合成工藝的研究主要集中在有機(jī)相體系和水相體系這兩方面。對(duì)于在有機(jī)相中合成高質(zhì)量的量子點(diǎn)，廣泛采用的高溫?zé)嶙⑸浞椒ㄍǔＰ枰诤芨叩臏囟认逻M(jìn)行前驅(qū)體的快速注入，也需要在高溫下實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)的生長(zhǎng)，并且成核的速度及產(chǎn)物的質(zhì)量受前驅(qū)物注入速度和攪拌強(qiáng)度的影響較大，且制備的量非常有限。這些因素都限制了高溫?zé)嶙⑸浞ㄔ诹孔狱c(diǎn)規(guī)模化制備中的推廣。相對(duì)于高溫?zé)嶙⑸浞?，“一鍋煮”法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，無(wú)需前驅(qū)體溶液的快速注入，反應(yīng)速度相對(duì)較

2、慢，因此更加可控且重現(xiàn)性更好，操作簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低，因而適合大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。然而有機(jī)相中合成的量子點(diǎn)生物相容性差，很難應(yīng)用于生物標(biāo)記等領(lǐng)域。使用的金屬有機(jī)物劇毒、不穩(wěn)定、易爆炸，因此需要的設(shè)備和反應(yīng)條件苛刻。鑒于此，水溶性量子點(diǎn)的成功合成很好地彌補(bǔ)了這些缺點(diǎn)，水溶性量子點(diǎn)具有獨(dú)特的發(fā)光性能和良好的生物相容性，生長(zhǎng)迅速，熒光性能高，制備條件較為簡(jiǎn)單。
　　為了實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)的規(guī)?；苽?，獲得滿足實(shí)際應(yīng)用要求且熒光性能高的水溶性量子

3、點(diǎn)，在本論文中，發(fā)展了一種綠色的、新穎的、常壓低溫下合成具有典型立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)的CdTe量子點(diǎn)的方法，利用電化學(xué)法輔助合成了巰基乙酸包覆的水溶性CdTe量子點(diǎn)和三元CdZnTe量子點(diǎn)，并系統(tǒng)地研究了合成體系中反應(yīng)參數(shù)對(duì)于量子點(diǎn)生長(zhǎng)和熒光性能的影響，并對(duì)其反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　合成出的TGA穩(wěn)定的CdTe量子點(diǎn)平均粒徑為4.5 nm，光致熒光發(fā)射光譜范圍為520-600 nm，在不做任何后續(xù)提純處理的情況下熒光量子產(chǎn)率(PL Q

4、Y)可達(dá)到50%左右，最高可達(dá)67%，優(yōu)于現(xiàn)有文獻(xiàn)的報(bào)導(dǎo)。這種電化學(xué)方法由于成本低廉，碲化物的零排放，對(duì)于實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)的批量生產(chǎn)有重要意義。我們還考察了制備條件對(duì)量子點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)前體Te2-和Cd2+濃度，Cd-SR：HTe-的比例，TGA/Cd配比，Cd/Te配比，穩(wěn)定劑結(jié)構(gòu)等對(duì)量子點(diǎn)的生長(zhǎng)都有重要影響。
　　Te2-濃度越大，量子點(diǎn)的生長(zhǎng)速度越快。Cd2+濃度越低，參與形核的Cd2+越少，參與量子點(diǎn)長(zhǎng)大的Cd2+就越多

5、，量子點(diǎn)的生長(zhǎng)速度越快，在反應(yīng)初期，由于表面修飾不完善，其熒光量子產(chǎn)率不高，在反應(yīng)后期，高濃度體系中由于剩余的單體較多，能夠促進(jìn)量子點(diǎn)的表面修飾，其熒光量子產(chǎn)率較高。TGA/Cd的配比影響了溶液中TGA-Cd絡(luò)合物的組成和游離單體Cd2+的濃度，進(jìn)而影響量子點(diǎn)的生長(zhǎng)。Cd/Te配比決定了量子點(diǎn)的最終尺寸進(jìn)而影響熒光發(fā)射波長(zhǎng)的范圍。當(dāng)Te的相對(duì)濃度較低時(shí)，量子點(diǎn)的表面修飾較為完善，熒光量子產(chǎn)率較高，當(dāng)Te濃度較高，缺陷增多，熒光量子產(chǎn)率降

6、低。合成的CdTe量子點(diǎn)較為穩(wěn)定，在常溫常壓下保存半年以上熒光性能不發(fā)生變化。
　　通過(guò)改變量子點(diǎn)的粒徑來(lái)調(diào)節(jié)其光學(xué)性能會(huì)導(dǎo)致一些問(wèn)題，比如粒徑過(guò)小的量子點(diǎn)穩(wěn)定性較差，一個(gè)很好的解決辦法就是合成三元合金量子點(diǎn)。通過(guò)改變?nèi)孔狱c(diǎn)的組分，實(shí)現(xiàn)對(duì)其光學(xué)性能的調(diào)節(jié)。舉例來(lái)說(shuō)，CdTe的禁帶寬度為1.45 ev，ZnTe的禁帶寬度為2.25 ev，因此合成出的CdZnTe的禁帶寬度就可實(shí)現(xiàn)在1.45-2.25 ev之間可調(diào)。但是現(xiàn)有方法制

7、備的CdZnTe量子點(diǎn)熒光缺陷較為顯著，并且制備條件苛刻，成本昂貴。為此，我們首次利用電化學(xué)方法輔助合成了以巰基乙酸為穩(wěn)定劑，發(fā)光范圍在460 nm-610 nm的CdZnTe三元合金量子點(diǎn)，熒光量子產(chǎn)率最高可達(dá)到70%，尤其是在510-578 nm的光譜范圍內(nèi)保持在50%以上。我們還考察了反應(yīng)條件對(duì)TGA-CdZnTe量子點(diǎn)的生長(zhǎng)及光譜性能的影響，通過(guò)對(duì)反應(yīng)條件的優(yōu)化，可獲得熒光量子產(chǎn)率達(dá)到30%的藍(lán)光量子點(diǎn)。Zn/Cd投料比越小，合