Ⅱ-Ⅵ族量子點(diǎn)的合成與表征.pdf

1、本課題主要研究了水溶性Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體量子點(diǎn)的合成、表征以及量子點(diǎn)的體外毒性。本文的研究內(nèi)容主要包括兩個(gè)方面：CdSe量子點(diǎn)和CdTe量子點(diǎn)的合成與表征，以及量子點(diǎn)的初步毒性研究。 量子點(diǎn)(quantum dots，QDs)是準(zhǔn)零維(quasi-zero-dimensional)的納米材料，由少量的原子構(gòu)成。粗略的說，量子點(diǎn)三個(gè)維度的尺寸都在100納米(nm)以下，外觀恰似一極小的粒狀物，其內(nèi)部電子在各方向的運(yùn)動(dòng)都受到局限，所以量

2、子局限效應(yīng)(quantum confinement effect)特別明顯。由于量子局限效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致類似原子的不連續(xù)電子能級(jí)結(jié)構(gòu)，因此量子點(diǎn)又被稱為“人造原子”(artificial atom)。 根據(jù)組成量子點(diǎn)的元素組成來分，量子點(diǎn)可分為Ⅳ族(如Si量子點(diǎn))、Ⅲ-Ⅴ族(GaN等量子點(diǎn))、Ⅱ-Ⅵ族(CdTe等量子點(diǎn))、Ⅳ-Ⅳ族(SiC等量子點(diǎn))和Ⅳ-Ⅵ族(PbSe等量子點(diǎn))等，其中Ⅱ-Ⅵ族量子點(diǎn)包括ZnS、ZnSe、ZnTe、Zn

3、O、CdSe和CdTe等。Ⅱ-Ⅵ族的量子點(diǎn)具有十分獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，通過調(diào)節(jié)顆粒的內(nèi)核半徑，其熒光發(fā)射峰波長可從紫外到紅外連續(xù)可調(diào)。半導(dǎo)體量子點(diǎn)熒光光譜窄而對(duì)稱，摩爾消光系數(shù)大，在生物熒光標(biāo)記中得到了廣泛的應(yīng)用和研究。但是有機(jī)金屬合成法制備的量子點(diǎn)在水相中溶解性較差，表面包被的親油性的穩(wěn)定劑需要進(jìn)一步地交換為親水性的穩(wěn)定劑或者使用硅試劑包被才能夠在水相中穩(wěn)定存在，而這些處理過程不可避免地對(duì)量子點(diǎn)的穩(wěn)定性以及熒光性質(zhì)帶來負(fù)面的影響，水相中合

4、成的量子點(diǎn)很好的解決了這一問題。 本文在綜述各種量子點(diǎn)(QDs)的制備方法和應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以水相為反應(yīng)體系，采用Ostwald的方法合成了單分散的CdSe和CdTe量子點(diǎn)，在以下幾個(gè)方面展開了工作： 1.通過向含Cd2+的溶液中加入含Se或Te的前體化合物后，Cd-Se鍵、Cd-Te鍵和Cd-S鍵之間發(fā)生競爭反應(yīng)形成小核(前體)，小核前體的形成是至關(guān)重要的一步。前體的形成條件是必須通氮除氧且溶液濃度比較小，這也是大部

5、分納米材料成核過程所通用的條件。 2.反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究表明量子點(diǎn)粒徑的大小隨著反應(yīng)時(shí)間增加而增長，量子點(diǎn)的熒光發(fā)射峰逐漸紅移，且生長速度逐漸減慢。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的反應(yīng)時(shí)間和pH值，可有效控制量子點(diǎn)生長的速率以及顆粒的尺寸分布情況。在熒光發(fā)射峰超出650nm后，量子點(diǎn)逐漸趨向團(tuán)聚，熒光也隨之發(fā)生猝滅。當(dāng)量子點(diǎn)生長到一定大小時(shí)，量子點(diǎn)表面原子間隙的直徑漸漸超過激子波爾半徑，能帶間隙也緩慢變小，從而導(dǎo)致熒光猝滅。 3.反應(yīng)溫度

6、和溶液pH值對(duì)量子點(diǎn)的穩(wěn)定性起到了關(guān)鍵性作用。隨著量子點(diǎn)發(fā)射峰的逐漸紅移，到達(dá)一定值以后，量子點(diǎn)的穩(wěn)定性也會(huì)受到破壞。弱酸、中性和堿性環(huán)境下得到的量子點(diǎn)的熒光發(fā)射相對(duì)強(qiáng)度有很大的區(qū)別。pH值越大，量子點(diǎn)生長曲線的切線越是陡峭，斜率變大，生長速率越大，使得量子點(diǎn)的生長難以控制。而在酸性條件中，含Se或Te的前體又是不穩(wěn)定的。因此控制pH值在弱酸、中性以及弱堿性條件下是合成穩(wěn)定且熒光發(fā)射峰連續(xù)可調(diào)量子點(diǎn)的關(guān)鍵因素之一。 4.包被物的