水溶性均勻粒徑和核-殼-殼結(jié)構(gòu)量子點的合成表征及與石墨烯雜化薄膜的沉積.pdf

1、量子點在太陽能轉(zhuǎn)換、發(fā)光二極管、生物探針等領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。量子點的熒光效率、光譜響應(yīng)范圍以及在水中的溶解性等因素嚴重制約著下游的應(yīng)用研究，因此合成高質(zhì)量的量子點一直是研究的熱點。本文的研究目的是合成具有粒徑分布均勻、光譜響應(yīng)范圍寬的水溶性量子點，并且和石墨烯沉積出雜化薄膜以提高對太陽能的利用率。水相合成量子點的方法具有很多優(yōu)勢，但是產(chǎn)物的粒徑分布較寬，從而導(dǎo)致熒光效率較低。
　　 本文對水相合成量子點的方法進行了改進和優(yōu)化

2、，以合成粒徑均勻分布的量子點。利用溶致液晶原理，以三嵌段高分子化合物P123作為模板，通過使模板劑在水相中的濃度超越臨界值(CMC)，使其形成具有規(guī)則孔道的膠束，然后把Cd源前驅(qū)體加入到模板劑溶液當(dāng)中，再注入由Se(Te)與NaBH4反應(yīng)得到NaHSe(NaHTe)前驅(qū)體或者S源前驅(qū)體。由此量子點成核與生長的過程都被限制在膠束構(gòu)成的孔道當(dāng)中，得到粒徑均勻分布的CdSe、CdTe、CdS量子點。通過紫外可見吸收和熒光發(fā)射光譜，優(yōu)化使用模板

3、劑在水相中合成量子點的反應(yīng)物配比，初始pH值以及模板劑種類等因素。使用P123作為模板劑，Cd2+：巰基乙酸TGA：NaHTe=1:2.4:0.25，初始pH=9條件下合成出的CdTe量子點的粒徑在2.5至3 nm，這些結(jié)果表明使用模板劑能夠在水相中合成粒徑均勻的量子點。前的問題之一是量子點對光譜的響應(yīng)范圍不夠?qū)?，尤其是對長波和紅外區(qū)的能量利用率較低。雖然量子點粒徑的增大能夠使吸收和熒光發(fā)射峰紅移，但是粒徑過大易導(dǎo)致團聚。通過形成核-殼

4、-殼結(jié)構(gòu)，利用內(nèi)層核-殼結(jié)構(gòu)禁帶寬度的差異和最外層殼材料晶格對內(nèi)部施加影響，導(dǎo)致中間層的能帶發(fā)生浮動，可達到大幅度調(diào)節(jié)量子點吸收和熒光發(fā)射位置的目的。本研究采用Successive Ionic LayerAdsorption and Reaction coupling Thermal Cycling(SILAR-TC)方法合成CdSe-CdTe-ZnSe和CdTe-CdSe-ZnSe兩種類型的核-殼-殼結(jié)構(gòu)量子點。前者隨著最外層ZnSe

5、厚度的增加，吸收和熒光發(fā)射峰都會發(fā)生紅移；而后者隨著最外層ZnSe的增加，吸收和熒光發(fā)射峰最終發(fā)生藍移。CdSe-CdTe-ZnSe核-殼-殼結(jié)構(gòu)量子點具有5層ZnSe包覆時，其最大熒光發(fā)射峰紅移近100 nm。最外層材料厚度不超過10層的量子點在水相中比較穩(wěn)定，在日光條件下能夠穩(wěn)定儲存一年以上。石墨烯具有高速傳輸電子的功能，且石墨烯單片層結(jié)構(gòu)的雙面都帶有活性基團，這非常便于和量子點進行組裝復(fù)合。
　　 本研究采用電泳沉積和La

6、yer by Layer(LBL)方法在ITO導(dǎo)電玻璃上沉積出均勻的石墨烯薄膜，再通過LBL方法把單一或者多種不同熒光性能的量子點與石墨烯交替逐層沉積在基底上。利用石墨烯傳輸電子的能力，使受激發(fā)后的量子點更加有效地實現(xiàn)電子-空穴對的分離，從而達到更好的光電轉(zhuǎn)化效率。紫外-吸收光譜和掃描電鏡SEM照片表明使用一水合肼和Vc都能夠在水溶液中還原出石墨烯溶膠。掃描電鏡照片表明石墨烯薄膜的均勻度很好，并且應(yīng)用LBL方法可將石墨烯與量子點沉積出雜