綠色化學(xué)途徑合成高效熒光的硒化鎘復(fù)合量子點(diǎn).pdf

1、由于量子點(diǎn)在生物標(biāo)記、太陽能電池組件以及發(fā)光二極管等方面的應(yīng)用變的越來越廣泛,對(duì)其的研究也進(jìn)一步深入。然而,一些有毒有害而且在空氣中不穩(wěn)定的合成量子點(diǎn)的原料限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。本文中針對(duì)上述問題,做了以下工作。
　　 首先,使用了相對(duì)環(huán)保的原料與溶劑來合成核/殼量子點(diǎn),其中包括使用了硬脂酸鎘取代二甲基鎘作為鎘源、SeO2取代TOPSe等原材料的等效替代,還包括了使用無毒并且被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的十八叔胺取代TOPO/TOP作

2、為反應(yīng)的溶劑,并且首次利用油酰油胺作為量子點(diǎn)合成中一種新的配體。
　　 其次利用一種新的合成方法:“連續(xù)法”來合成核/殼量子點(diǎn),在140-210℃的范圍內(nèi)借鑒一鍋煮的方法合成CdSe核量子點(diǎn),無需“純化”的過程(大量的核量子點(diǎn)在“純化”的過程中損失),接著在CdSe核的前驅(qū)液中加入分別溶好的Cd、Zn或者S的前驅(qū)液,在不超過100℃的溫度下進(jìn)行ZnS和CdS/ZnS殼層的包覆。制各了Ⅰ-型核/殼量子點(diǎn),也就是通過在窄帶隙材料Cd

3、Se(Eg=1.74 eV)外面包覆寬帶隙材料一層ZnS(Eg=3.61 eV)或者兩層CdS(Eg=2.42 eV)/ZnS可以提高量子點(diǎn)的量子產(chǎn)率量子產(chǎn)率大幅度的提高,經(jīng)過計(jì)算CdSe/ZnS和CdSe/CdS/ZnS核/殼量子點(diǎn)最高可以分別達(dá)到75％和89％,原因是由于通過帶隙的重組,使核量子點(diǎn)抗光氧化性和抗物理化學(xué)侵蝕性增強(qiáng)。
　　 再次,通過連續(xù)法制備的CdSe核量子點(diǎn)、CdSe/ZnS和CdSe/CdS/ZnS核/殼

4、量子點(diǎn),其XRD譜顯示三者均為閃鋅礦結(jié)構(gòu),由于殼層材料ZnS和CdS相對(duì)于CdSe核具有較小的散射因子,所以核/殼量子點(diǎn)三強(qiáng)峰(即在(111)(220)和(311)三個(gè)晶面處的衍射峰)較單一核量子點(diǎn)向高角度移動(dòng)。對(duì)HRTEM像中二維格子清晰的量子點(diǎn)做快速傅里葉變換后,得到了那些量子點(diǎn)的晶相結(jié)構(gòu),應(yīng)證了CdSe核經(jīng)過包覆反應(yīng)前后均是閃鋅礦結(jié)構(gòu)的結(jié)論。低倍的HRTEM照片可以清晰的看出,合成出的CdSe/ZnS和CdSe/CdS/ZnS核/

5、殼量子點(diǎn)具有良好的分散性,同時(shí)得到的EDS能譜可以直接計(jì)算出核CdSe與ZnS層和CdS/ZnS層的摩爾比。通過時(shí)效處理15-30天觀察核/殼量子點(diǎn)穩(wěn)定性也比單一量子點(diǎn)提高了很多。
　　 最后,研究發(fā)現(xiàn),對(duì)量子點(diǎn)合成的精確控制可以通過控制兩個(gè)動(dòng)力學(xué)因素實(shí)現(xiàn)。量子點(diǎn)的尺寸的精確可控是通過調(diào)節(jié)合成的溫度,當(dāng)溫度在140-210℃變化時(shí),量子點(diǎn)的尺寸從1.9 nm變化到5.6 nm,發(fā)射峰從502 nm到620 nm。經(jīng)過分析得知,這

6、是由于溫度控制了分子和離子的擴(kuò)散速度,使得分子與離子在量子點(diǎn)表面的吸附與反應(yīng)的過程受到挾制所致。另外,通過對(duì)添加從1-5 mL不同量的油酸進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)油酸作為量子點(diǎn)的配位體與有機(jī)包覆劑,不僅起到防止團(tuán)聚的作用,其通過對(duì)溶液酸堿度的調(diào)節(jié)和自身濃度對(duì)擴(kuò)散的影響對(duì)于量子點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率起著至關(guān)重要的作用。
　　 文中不僅提出一種新的方法來獲得高熒光效率的核/殼量子點(diǎn),而且將量子點(diǎn)對(duì)于應(yīng)用在敏化二氧化鈦太陽電池方面做了進(jìn)一步的探索

7、。實(shí)驗(yàn)中,利用甲苯做溶劑,將CdSe/ZnS核殼量子點(diǎn)外層包覆了一層TiO2,用于連接量子點(diǎn)與二氧化鈦基體,取代了巰基丙酸(MPA)和巰丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)等有機(jī)中間體。經(jīng)過表征,二氧化鈦以無定形相包覆在典型的立方相CdSe/ZnS核/殼量子點(diǎn)可以直接連接管線或者多孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦太陽能電池。通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件,最終發(fā)現(xiàn)包覆二氧化鈦的溫度在60℃左右最佳,而鈦酸丁酯與CdSe/ZnS核/殼量子的摩爾質(zhì)量比在1∶1時(shí)能夠?qū)ψ罱K的量