量子點(diǎn)的制備方法

1、量子點(diǎn)的制備方法綜述及展望量子點(diǎn)的制備方法綜述及展望來源:1前言在最近的幾十年里，量子點(diǎn)（QDs）即半導(dǎo)體納米晶體（NCs）由于具有獨(dú)特的電子和發(fā)光性質(zhì)以及量子點(diǎn)在生物標(biāo)記發(fā)光二極管，激光和太陽能電池等領(lǐng)域的應(yīng)用成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。中國(guó)碩士論文網(wǎng)提供大量免費(fèi)英語論文。量子點(diǎn)尺寸大約為110納米，它的尺寸和形狀可以精確的通過反應(yīng)時(shí)間、溫度、配體來控制。當(dāng)量子點(diǎn)尺寸小于它的波爾半徑的時(shí)候，量子點(diǎn)的連續(xù)能級(jí)開始分離，它的值最終由它的尺寸決定。

2、隨著量子點(diǎn)的尺寸變小，它的能隙增加，導(dǎo)致發(fā)射峰位置藍(lán)移。由于這種量子限域效應(yīng)，我們稱它為“量子點(diǎn)”。1998年Alivisatos和Nie兩個(gè)研究小組首次解決了量子點(diǎn)作為生物探針的生物相容性問題他們利用MPA將量子點(diǎn)從氯仿轉(zhuǎn)移到水溶液，標(biāo)志著量子點(diǎn)的生物應(yīng)用的時(shí)代的到來。目前，量子點(diǎn)最引人矚目的的應(yīng)用領(lǐng)域之一就是在生物體系中做熒光探針。與傳統(tǒng)的有機(jī)染料相比，量子點(diǎn)具有無法比擬的發(fā)光性能，比如尺寸可調(diào)的熒光發(fā)射，窄且對(duì)稱的發(fā)射光譜寬且連續(xù)

3、的吸收光譜，極好的光穩(wěn)定性。通過調(diào)節(jié)不同的尺寸，可以獲得不同發(fā)射波長(zhǎng)的量子點(diǎn)。窄且對(duì)稱的熒光發(fā)射使量子點(diǎn)成為一種理想的多色標(biāo)記的材料。由于寬且連續(xù)的吸收光譜，用一個(gè)激光源就可以同時(shí)激發(fā)一系列波長(zhǎng)不同熒光量子點(diǎn)量子點(diǎn)良好的光穩(wěn)定性使它能夠很好的應(yīng)用于組織成像等。碩士網(wǎng)為你提供計(jì)算機(jī)碩士論文。量子點(diǎn)集中以上諸多優(yōu)點(diǎn)是十分難得的，因此這就要求我們制備出寬吸收帶，窄且對(duì)稱的發(fā)射峰，高的量子產(chǎn)率穩(wěn)定和良好生物兼容性的穩(wěn)定量子點(diǎn)。現(xiàn)在用作熒光探針的

4、量子點(diǎn)主要有單核量子點(diǎn)（CdSe，CdTe，CdS）和核殼式量子點(diǎn)（CdSeZnS[39]CdSeZnSe[40]）。量子點(diǎn)的制備方法主要分為在水相體系中合成和在有機(jī)相體系中合成。本文主要以制備量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)及合成方法為主線分為兩部分：第一部分綜述了近十幾年量子點(diǎn)在有機(jī)相中的制備方法的演變歷程，重點(diǎn)包括前體的選擇，操作條件和合成量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。第二部分介紹了近十幾年量子點(diǎn)在水相中制備方法的改進(jìn)歷程，重點(diǎn)包括保護(hù)劑的選擇及水熱法及微波輔助法合成

5、方法。2在有機(jī)體系中制備在有機(jī)相中制備量子點(diǎn)主要采用有機(jī)金屬法，有機(jī)金屬法是在高沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑中利用前軀體熱解制備量子點(diǎn)的方法，即將有機(jī)金屬前軀體溶液注射進(jìn)250～300℃的配體溶液中，前軀體在高溫條件下迅速熱解并成核，晶核緩慢生長(zhǎng)成為納米晶粒。通過配體的吸附作用阻滯晶核生長(zhǎng)，并穩(wěn)定存在于溶劑中。配體所采用的前軀體主要為烷基金屬（如二甲基隔）和烷基非金屬（如二三甲基硅烷基硒）化合物，主配體為三辛基氧化膦（TOPO），溶劑兼次配體為三辛基

6、膦（TOP）。這種方法制備量2004年，Li等利用Zn的脂肪酸鹽硬脂酸鋅作為Zn前體在ODE中制得了高度單分散的ZnS和ZnSe量子點(diǎn)量子產(chǎn)率高到50％，半峰寬只有14nm。但是試驗(yàn)中，仍然用到TOPO溶解Se粉，沒有真正實(shí)現(xiàn)替代有機(jī)溶劑。近年來，又出現(xiàn)了另外一種長(zhǎng)烷基鏈烷烴液體石蠟，橄欖油作溶劑的報(bào)道，與TOPO及ODE等有機(jī)溶劑相比，液體石蠟和橄欖油價(jià)格更低廉。2006年，Sapra等利用橄欖油同時(shí)作為溶劑和配體制得了高度單分散的C

7、dSe納米晶粒合成量子點(diǎn)尺寸在2.3～6.0nm，所對(duì)應(yīng)的光譜范圍485～640nm，但是量子產(chǎn)率偏低只有10%～15%。2007年，Dai等同樣用橄欖油同時(shí)作為溶劑和配體合成高度分散的ZnSe納米晶體和納米花，整個(gè)操作過程簡(jiǎn)單，不需除氧操作，所用試劑綠色環(huán)保，重現(xiàn)性好，他們不僅報(bào)導(dǎo)了一種新穎的ZnSe納米花合成方法并且提出了納米花合成的機(jī)理。2005年，唐等采用液體石蠟作為Se的溶劑，油酸作為配體，溶解CdO形成Cd前體溶液。在劇烈攪

8、拌的條件下，Se可溶于高溫液體石蠟(220℃)中形成Se前體溶液，將Cd前體溶液快速注入到Se前體溶液中反應(yīng)制得了CdSe量子點(diǎn)，量子產(chǎn)率可以達(dá)到60%。利用這種合成方法，邢等[26]合成了高質(zhì)量的CdTe量子點(diǎn)，利用這種方法制得的CdTe量子點(diǎn)均為立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)粒徑范圍為3～7nm最大發(fā)射波長(zhǎng)在570～720nm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，熒光量子產(chǎn)率最高達(dá)到65%，重要的是發(fā)現(xiàn)量子點(diǎn)在15～60℃具有良好的熱穩(wěn)定性，有利于生物領(lǐng)域中的應(yīng)用。同年

9、他們成功地將這種油溶性CdSe量子點(diǎn)通過溶脹的方法包入多孔聚苯乙烯微球中形成性能優(yōu)異的水溶性熒光微球[27]。此外，2007年，Liao等采用液體石蠟作溶劑，油酸作反應(yīng)媒介在較低溫度170℃時(shí)制得高度單分散的CdSe量子點(diǎn)，但是量子產(chǎn)率較低。2.2核殼式量子點(diǎn)量子點(diǎn)熒光的產(chǎn)生，是由于吸收激發(fā)光以后產(chǎn)生電荷載體的重組。如果制備的量子點(diǎn)有大量的缺陷，就會(huì)發(fā)生電荷載體的無輻射重組，嚴(yán)重影響量子產(chǎn)率；如果缺陷僅位于粒子的表面，可以通過化學(xué)方法來

10、改善這些缺陷。因此人們想到用長(zhǎng)鏈烷烴作表面活化劑，提高量子產(chǎn)率，但是有機(jī)配體很難同時(shí)鈍化量子點(diǎn)表面的陰離子和陽離子，對(duì)無機(jī)材料來說，不僅可消除表面陰陽離子，而且產(chǎn)生新的納米晶體[29]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明量子點(diǎn)的熒光性質(zhì)確實(shí)可以通過表面修飾，特別是在在半導(dǎo)體量子點(diǎn)核上外延生長(zhǎng)另一種晶格匹配、寬帶隙的殼材料對(duì)于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的穩(wěn)定性和可加工性有很大的改善作用。這樣，當(dāng)光作用到量子點(diǎn)時(shí)形成的電子和空穴就會(huì)被限域于核材料內(nèi)部，從而減少了非輻射復(fù)合，提

11、高半導(dǎo)體材料的光致發(fā)光和電致發(fā)光性能，同時(shí)抗光氧化能力、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性都得到顯著提高。1995年，Hines等[38]以Zn(CH3)2(二甲基鋅)和(TMS)2S(六甲基二硅硫烷)作為Zn前體和S前體，用有機(jī)金屬法制備出了CdSeZnS核殼結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)。包覆層ZnS消除了原子表面的懸掛鍵，減小了量子點(diǎn)發(fā)生團(tuán)聚的可能，使其在室溫下的量子產(chǎn)率有了顯著的提高，可以達(dá)到50%。1996年，Bawendi等[39]又利用Z2(二乙基鋅)和

12、(TMS)2S作為Zn前體和S前體，在CdSe的表面包覆了ZnS，有效的限制了載流子，可以將CdSe在室溫下的量子產(chǎn)率提高到40～50%左右。盡管當(dāng)時(shí)大家的研究集中在ZnS包裹的CdSe量子點(diǎn)上，由于CdSe與ZnS晶格失配度較大（≈12%），因此造成在量子點(diǎn)表面形成新的缺陷，使調(diào)高量子產(chǎn)率程度有限。但是殼材料CdS（≈3.9%），ZnSe(≈6.3%)與CdSe核的晶格失配度相對(duì)較小，而且ZnSe量子點(diǎn)的熒光發(fā)射光譜范圍在從藍(lán)光到紫外