氧化鋅納米棒載量子點(diǎn)的制備和光-電性能研究.pdf

1、一維氧化鋅（ZnO）納米材料比表面積大、具有獨(dú)特的光、電和化學(xué)特性，同時(shí)一維 ZnO納米材料合成成本低、可控性和生物相容性好，這些特點(diǎn)使其成為當(dāng)前納米科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。窄帶隙的量子點(diǎn)半導(dǎo)體材料的熒光量子產(chǎn)率高，具有優(yōu)良的光譜性能，可通過(guò)尺寸調(diào)控其能帶間隙與太陽(yáng)光譜中可見(jiàn)光到近紅外光區(qū)相匹配，光照下能產(chǎn)生多激子，太陽(yáng)能吸收利用效率高。窄帶隙量子點(diǎn)材料與一維 ZnO納米材料復(fù)合不僅可以兼具兩者的優(yōu)異特性，而且可以產(chǎn)生新的協(xié)同效應(yīng)：（1）氧

2、化鋅納米棒大的比表面積不僅可以增加量子點(diǎn)的負(fù)載量，而且可以為量子點(diǎn)與基底電極的電子傳遞提供有效的通道，因而可以顯著地改善量子點(diǎn)的光電性能；（2）窄帶系的量子點(diǎn)可以吸收可見(jiàn)光，從而可以彌補(bǔ)氧化鋅在太陽(yáng)能利用方面的不足；（3）寬帶系的氧化鋅與窄帶系的量子點(diǎn)還可以形成II型異質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而有利于電子轉(zhuǎn)移和電荷分離。
　　本論文探索了兩種將窄帶隙的量子點(diǎn)半導(dǎo)體材料負(fù)載到ZnO納米棒陣列的制備方法，并對(duì)其光-電轉(zhuǎn)換性能進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，進(jìn)而利

3、用其光-電性能實(shí)現(xiàn)了苯酚高效去除和腫瘤細(xì)胞的電致化學(xué)發(fā)光檢測(cè)。主要內(nèi)容概括如下：
　　采用水熱合成方法制備了ZnO納米棒陣列，并對(duì)水熱過(guò)程中 ZnO納米棒陣列形貌的影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)高濃度的前驅(qū)液和籽晶層輔助生長(zhǎng)都有利于得到直立均勻的ZnO納米棒陣列。如果不更換反應(yīng)前驅(qū)液，即使延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，ZnO納米棒陣列的長(zhǎng)度也沒(méi)有明顯的增長(zhǎng)。每隔2.5 h更換新鮮的反應(yīng)前驅(qū)液，ZnO納米棒陣列的長(zhǎng)度會(huì)隨著反應(yīng)時(shí)間增加而相應(yīng)的增長(zhǎng)。

4、
　　利用靜電吸附層層自組裝方法和連續(xù)離子吸附反應(yīng)的方式分別在ZnO納米棒上包覆 CdTe和CdS量子點(diǎn)殼層，以 SEM、TEM、XRD、EDX等多種表征手段證實(shí)了量子點(diǎn)殼層結(jié)構(gòu)的形成，并對(duì)兩種制備方法獲得的量子點(diǎn)-ZnO異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光-電轉(zhuǎn)換特性進(jìn)行了深入的研究。研究表明：（1）量子點(diǎn)殼層的存在導(dǎo)致量子點(diǎn)和氧化鋅的熒光均發(fā)生顯著的淬滅現(xiàn)象，說(shuō)明氧化鋅與量子點(diǎn)可以形成 II型能帶排布異質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而有利于光生電子與空穴的有效分離。（2

5、）兩種方法制備的量子點(diǎn)-ZnO納米棒復(fù)合結(jié)構(gòu)均顯示出穩(wěn)定、快速響應(yīng)的光電性能，且 ZnO納米棒陣列長(zhǎng)度和量子點(diǎn)包覆層數(shù)影響復(fù)合結(jié)構(gòu)的光電性能，結(jié)果表明生長(zhǎng)時(shí)間為10 h的ZnO納米棒陣列，量子點(diǎn)循環(huán)包覆次數(shù)為20次時(shí)的光電性能最好。同時(shí)比較分析了兩種包覆方式對(duì)光電性能的影響。（3）CdS/ZnO納米棒復(fù)合結(jié)構(gòu)還表現(xiàn)出良好的電致化學(xué)發(fā)光性能，并以 CdS/ZnO納米棒復(fù)合結(jié)構(gòu)的電致化學(xué)發(fā)光性能為基礎(chǔ)，制備了一種新型的基于CdS/ZnO/A

6、PTES復(fù)合納米材料的腫瘤細(xì)胞檢測(cè)體系。對(duì)細(xì)胞檢測(cè)體系的構(gòu)建進(jìn)行了表征和條件優(yōu)化并對(duì)其穩(wěn)定性和特異性等進(jìn)行了深入研究，對(duì)于細(xì)胞檢測(cè)的研究表明檢測(cè)的線(xiàn)性范圍是300～10000個(gè)細(xì)胞/mL，檢測(cè)限為256個(gè)細(xì)胞/mL。重點(diǎn)考察了ZnO納米棒陣列和APTES在體系 ECL信號(hào)增強(qiáng)方面所起的作用和相關(guān)機(jī)理。該研究拓展了ZnO納米棒陣列在ECL生物分析領(lǐng)域的應(yīng)用，為腫瘤細(xì)胞的檢測(cè)提供了新的思路。
　　研究了CdTe/ZnO和CdS/ZnO

7、納米棒復(fù)合結(jié)構(gòu)在可見(jiàn)光下光電協(xié)同降解苯酚的性能，通過(guò)比較光解、電解、光催化和光電催化苯酚的降解效率及礦化能力，發(fā)現(xiàn)光電協(xié)同降解苯酚的TOC清除率是光催化降解的50倍，說(shuō)明光電協(xié)同效應(yīng)以及外加電壓在光電協(xié)同降解苯酚中具有重要作用，大大地提高了降解苯酚的礦化度，同時(shí)從異質(zhì)結(jié)構(gòu)吸收光譜變化、能級(jí)變化和能帶位置、載流子分離能力以及聚合物影響等方面，分析造成這兩個(gè)體系光電協(xié)同降解苯酚活性不同的可能原因和不同影響因素在其中所起的作用；并系統(tǒng)地研究了

8、催化反應(yīng)體系的pH值、起始濃度、氧環(huán)境、空穴和羥基自由基清除劑等因素對(duì)光電協(xié)同降解活性的影響，ESR譜進(jìn)一步證實(shí)了催化反應(yīng)中羥基自由基的存在，同時(shí)說(shuō)明 CdTe/ZnO體系產(chǎn)生氫氧自由基的能力比純 ZnO納米棒陣列更強(qiáng)。隨后通過(guò) UPLC和GC-MS對(duì)光電協(xié)同降解苯酚過(guò)程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明降解過(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生光催化苯酚中常見(jiàn)的對(duì)苯醌、對(duì)苯二酚等中間產(chǎn)物，說(shuō)明光電協(xié)同降解苯酚具有更高的效率。最后，在此基礎(chǔ)上，提出了CdTe