高品質(zhì)CdS量子點(diǎn)綠色化學(xué)制備與表征.pdf

1、由于量子尺寸效應(yīng)，半導(dǎo)體量子點(diǎn)展現(xiàn)了與對應(yīng)本體材料不同的尺寸、形貌依賴的物理性質(zhì)，因而被廣泛應(yīng)用于不同的科技領(lǐng)域，包括生物標(biāo)簽、發(fā)光二極管、激光器以及太陽能電池。CdS作為直接帶隙半導(dǎo)體，是最有可能用于太陽能電池的量子點(diǎn)。影響半導(dǎo)體量子點(diǎn)性能的主要因素通常有尺寸、形貌、尺寸分布和結(jié)構(gòu)等因素，因此可以通過人為的調(diào)控以上因素從而得到控制目標(biāo)材料的性能。傳統(tǒng)的有機(jī)金屬前驅(qū)物途徑是目前最為流行的制備CdS量子點(diǎn)的方法，但是該法有很多缺點(diǎn)。針對這

2、些缺點(diǎn)，基于綠色化學(xué)反應(yīng)體系，我們提出了兩種不同的制備CdS量子點(diǎn)的方法，探索了反應(yīng)時間、生長溫度、前驅(qū)物的摩爾比等條件對量子點(diǎn)尺寸大小、尺寸分布、形貌、結(jié)構(gòu)的影響，取得的主要研究成果如下：
　　 (1)通過熱注射的制備方法，在一種新的溶劑系統(tǒng)下，采用氧化鎘作鎘源，單質(zhì)硫粉作硫源，油酸作為配位體。實(shí)驗(yàn)用N-油酰基-嗎啡啉代替?zhèn)鹘y(tǒng)的十八烯作為硫粉的溶劑，十八烯在反應(yīng)中只是起介質(zhì)的作用。N-油?；?嗎啡啉可以在室溫下溶解硫粉。

3、>　　 (2)研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溫度、OA的濃度以及Cd/S摩爾比很大程度上影響CdS量子點(diǎn)的顆粒尺寸和發(fā)光性質(zhì)。通常情況下，隨著反應(yīng)溫度的提高，顆粒的尺寸增大；當(dāng)OA濃度增加時，會形成大的顆粒，缺陷發(fā)射增強(qiáng)；隨著Cd/S摩爾比變大，顆粒生長速率變小，尺寸分布變窄，缺陷發(fā)射變?nèi)?。通過優(yōu)化合成溫度、OA濃度、Cd/S摩爾比等實(shí)驗(yàn)條件，發(fā)現(xiàn)具有最佳發(fā)光性質(zhì)的CdS量子點(diǎn)通常在較低的反應(yīng)溫度(210℃)、較低的OA濃度(1.5mL)、較大的Cd

4、/S摩爾比(3∶1)下獲得。通過熱注射的制備方法可以得到尺寸范圍為2.26-4.41nm、熒光半峰寬最窄可以達(dá)到16nm的CdS量子點(diǎn)。高分辨透射電鏡(HRTEM)測試表明所獲得的CdS量子點(diǎn)具有尺寸分布均一、結(jié)晶度高的特點(diǎn)。
　　 (3)為了克服熱注射法不適合大規(guī)模生產(chǎn)這個難題，我們提出了一鍋煮法制備CdS量子點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)使用非常簡單綠色溶劑體系，用十八烯作硫粉的溶劑，油酸作配位體。X射線衍射(XRD)、高分辨透射電鏡(HRTEM

5、)測試表明所獲得的CdS量子點(diǎn)具有立方閃鋅礦晶體結(jié)構(gòu)、尺寸分布均一、結(jié)晶度高等特點(diǎn)。
　　 (4)研究發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度和Cd/S摩爾比對CdS量子點(diǎn)尺寸大小、熒光量子產(chǎn)率有重要的影響。很強(qiáng)的帶邊發(fā)光、尖銳的紫外吸收峰以及狹窄的熒光峰均表明了所制備出的CdS量子點(diǎn)粒徑分布比較均一，具有很好的單分散性和良好的光學(xué)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示當(dāng)Cd/S(3∶1)和生長溫度(240℃)得到的CdS量子點(diǎn)具有最好的單分散性和較高的熒光量子產(chǎn)率，量子產(chǎn)率