CdS和CdSe半导体纳米晶的水热合成和尺寸调控

论文摘要

因为半导体量子点在光学器件、太阳能电池、生物传感器和生物成像中的应用前景,它在近年来得到的关注与研究日益增多。半导体量子点具有许多优点,如高荧光量子产率、发射波长可调和较好的稳定性等。II-IV族半导体纳米晶,特别是CdS,CdSe和CdTe被广泛研究,因其可见光范围内的发射可仅通过粒径的调节而改变,还因为它们的制备方法上相较其他量子点要更进步。热注入的有机金属合成路线通常可合成出质量最佳的纳米晶,但在生物方面的很多应用中需要后续的配体交换转水步骤。而且有机金属路线中使用的试剂具有极强的生物毒性,并且昂贵;从工业上大规模批量生产的角度来讲,它的难度也非常大,热注入方式和高能量的合成环境都极大限制了它的规模化。在有机合成路线成功的同时,为解决相转移相关问题水相合成路线被发明。在水介质中直接合成可以避免光学性能的下降（荧光强度、荧光量子产率和光稳定性的下降）。已有许多文献报道了用非注入一锅法成功合成水相CdS NCs和CdSe NCs。常温下混合阴、阳离子前体和配体,在适宜温度下加热反应即可。具有荧光性质的CdS和CdSe量子点可用类似方法大规模合成,且具有较高的重现性,所得量子点结晶度高,尺寸可调范围宽,荧光产率可继续构建核壳结构显著提升。而本论文所用的高温水热法,不同于传统的低于100℃的水相回流方法,在高于100℃的温度下反应,极大提升了反应速率,弥补了常规回流法耗时超长,浪费能源,难合成大尺寸量子点的缺点,同时量子点的质量又不至于比回流法差,甚至更好。本文以CdCl2为镉源,硫脲为硫源,巯基酸为稳定剂,用简单快速的一锅非注入高温水热法合成了水溶性CdS NCs。通过CdS NCs吸收光谱随时间的演化情况,对反应温度,体系pH,配体/Cd比例等因素对CdS NCs生长的影响进行了监测。以CdCl2为镉源,硒脲为硒源,柠檬酸钠为稳定剂,用高温水热法合成了水溶性CdSe NCs。通过CdSe NCs吸收光谱随时间的演化情况,对反应温度,体系pH,配体浓度,Cd/Se等因素对CdSe纳米晶生长的影响进行了监测。适当的pH值和较慢的生长速率是影响CdS和CdSe纳米晶质量的关键因素,优化反应条件可得到1.6nm-6nm的CdS NCs,1.9nm-5.3nm的CdSe NCs。制备的CdS QDs和CdSe QDs用紫外吸收光谱,荧光光谱,X射线衍射和透射电镜进一步表征。尽管仍不能达到油相合成的质量,但制备得到的CdS NCs和CdSe NCs有较窄的尺寸分布,结晶性和分散性良好,是目前可得到的优质的水相CdS NCs和CdSe NCs。

论文目录

• 中文摘要
• abstract
• 第一章 前言
•   1.1 量子点的基本介绍及其性质
•     1.1.1 量子点的概念
•     1.1.2 表面效应
•   1.2 半导体纳米晶水相合成的研究进展
•     1.2.1 半导体纳米晶水相合成的一般方法
•     1.2.2 Ⅱ?Ⅳ族水相半导体纳米晶的研究进展
•   1.3 水相半导体纳米晶的成核和生长机制
•     1.3.1 热力学影响因素
•       1.3.1.1 溶度积
•       1.3.1.2 pH
•     1.3.2 动力学影响因素
•       1.3.2.1 配体效应
•       1.3.2.2 pH
•       1.3.2.3 离子强度
•   1.4 本文立题思想
•   参考文献
• 第二章 CdS纳米晶的水热合成与尺寸调控
•   2.1 引言
•   2.2 实验部分
•     2.2.1 实验用品及仪器
•     2.2.2 Cd前体溶液和S前体溶液的制备
•     2.2.3 CdS纳米晶的水热制备
•     2.2.4 水相CdS纳米晶的纯化
•   2.3 结果与讨论
•     2.3.1 以MPA为配体的CdS NCs的合成与调控
•     2.3.2 以Cys为配体的CdS NCs的合成与调控
•     2.3.3 以Glu为配体的CdS NCs的合成与调控
•   2.4 本章小结
•   参考文献
• 第三章 CdSe纳米晶的水热合成与尺寸调控
•   3.1 引言
•   3.2 实验部分
•     3.2.1 实验用品及仪器
•     3.2.2 Cd前体溶液和Se前体溶液的制备
•     3.2.3 CdSe纳米晶的水热制备
•     3.2.4 水相CdSe纳米晶的纯化
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 以MPA为配体的CdSe NCs的合成与调控
•     3.3.2 以柠檬酸钠为配体的CdSe NCs的合成与调控
•   3.4 本章小结
•   参考文献
• 作者简历
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张爽

导师: 解仁国

关键词: 水相纳米晶,水热法,大尺寸,纳米晶

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,化学,材料科学,无线电电子学

单位: 吉林大学

分类号: TB383.1;O614.242;O471.1

总页数: 68

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