CdE(E=S,Se,Te)量子點的合成和性能表征及其在化學分析中的應用.pdf

1、量子點是近年發(fā)展起來的一種新型熒光材料,與傳統(tǒng)的有機熒光染料相比,具有許多優(yōu)良的光譜性能,在光電池、光催化及生物標記等研究領域顯示了極其廣闊的應用前景,已經引起了人們越來越廣泛的重視。本論文針對量子點的合成和應用這一基礎研究內容,在對量子點的基本特性、合成方法以及應用進行簡要綜述的基礎上,以量子點的制備、性能表征以及量子點在化學分析中的應用為主線,主要開展了以下工作:
　　 首先,合成CdS量子點及核/殼結構的CdS/SiO2熒

2、光納米顆粒。在沒有氮氣保護的條件下制備不同發(fā)射波長的水溶性CdS及摻銅CdS熒光納米顆粒,分別以紫外可見吸收光譜、熒光光譜、紅外光譜及掃描探針顯微鏡對所得樣品的光譜性質、表面基團及形貌進行表征。結果表明:隨著回流時間的延長及銅離子的摻入,其熒光光譜紅移;顆粒表面有羧基;樣品分散性好;形貌呈球狀或桿狀。在無水甲醇介質中,以CdCl2為鎘源,Na2S為硫源,3-巰基丙基三甲氧基硅烷(MPS)為穩(wěn)定劑,一步合成CdS/SiO2核/殼結構的納米

3、顆粒。分別用原子力顯微鏡及紅外光譜對其表面形貌和結構進行表征,并考察摻雜Zn2+和Cu2+離子對其熒光光譜的影響。實驗表明:SiO2包裹的CdS納米顆粒呈球狀且大小均一,鋅的摻入使得光譜藍移,而銅的摻入使得光譜紅移。光穩(wěn)定性實驗表明:核/殼結構CdS/SiO2較巰基乙酸修飾的CdS穩(wěn)定。以巰基乙酸為穩(wěn)定劑和硫源,在H2O2作用下,合成巰基乙酸修飾的CdS量子點,并用X-射線衍射、紅外光譜、掃描電鏡等多種技術對樣品進行表征。數據表明:合成

4、得到的CdS量子點樣品具有閃鋅礦結構,顆粒大小介于3.6～4.4nm之間,形貌呈球狀。光譜分析表明:該方法在較短的回流時間內(10-120min)可制備發(fā)射波長從518nm到610nm的樣品,樣品在室溫下的熒光量子產率可高達12.6％。同時,對形成CdS量子點的機理進行了初步探討。
　　 其次,制備水溶性的CdSe量子點,采用熒光光譜法研究CdSe量子點與胃蛋白酶之間的相互作用。在室溫條件下合成水溶性的CdSe量子點。研究已制備

5、好的量子點在不同pH值條件下的熒光光譜,并探討合成時的初始pH值對量子點熒光性質的影響。用紅外分光光度計、原子力顯微鏡和X-射線衍射儀對所得產品進行表征。結果表明:在不同初始pH值條件下合成的樣品的平均粒徑為1.9nm;最高熒光量子產率為1.9％;原子力顯微鏡掃描結果表明樣品呈球狀,分散性良好;X-射線衍射分析表明CdSe量子點具有閃鋅礦結構。發(fā)展一種NaBH4還原SeO2合成水溶性CdSe量子點的綠色工藝,研究加熱回流時間、反應液pH

6、值、鎘和硒的相對用量及溫度等工藝條件對合成反應的影響。分別以紫外-可見吸收光譜、熒光光譜、紅外光譜、X-射線衍射等對所得樣品進行表征。結果表明:隨著回流時間的延長,其紫外-可見吸收及熒光發(fā)射光譜紅移;顆粒表面有羧基;樣品具有閃鋅礦結構。以合成的CdSe量子點為猝滅劑,采用熒光光譜法研究了在pH=4.0的酸度條件下,CdSe量子點與胃蛋白酶之間的相互作用。實驗結果表明:CdSe量子點與胃蛋白酶形成基態(tài)復合物而導致胃蛋白酶的熒光猝滅,其猝滅

7、機制為靜態(tài)猝滅。通過計算得到量子點對胃蛋白酶的猝滅常數為1.56×106L/mol,結合常數為1.25×107L/mol,結合位點數為1。根據Foster能量轉移理論,求得量子點與胃蛋白酶之間的作用距離為4.4nm。采用同步熒光技術考察了量子點對胃蛋白酶構象的影響。
　　 最后,合成摻雜的CdTe量子點,發(fā)展一種NaBH4還原TeO2,一鍋合成水溶性CdTe量子點的綠色工藝,研究了CdTe量子點與羅丹明B之間的熒光共振能量轉移,

8、并以合成的量子點為熒光探針對溶液中的銅離子進行定量測定。采用水相合成法分別制備了摻雜Zn、Cu、Hg等元素的水溶性CdTe量子點,用紫外-可見及熒光光譜對其光譜性質進行表征,用紅外光譜、掃描電鏡和X-射線衍射對其結構進行表征。結果表明:鋅的摻入使得CdTe量子點的光譜藍移,而銅和汞的摻入則使得量子點的光譜紅移,紅移程度隨摻雜量的增加而增大;在CdTe量子點中摻雜汞元素,容易獲得近紅外量子點。采用NaBH4還原TeO2生成Te2-離子的綠

9、色工藝,合成以巰基乙酸為穩(wěn)定劑的CdTe量子點。研究加熱回流時間、反應液pH值、鎘和碲的相對用量及溫度等工藝條件對合成反應的影響。分別以紫外-可見分光光度計、熒光光度計、紅外分光光度計、X-射線衍射儀及掃描探針顯微鏡對所得樣品進行表征。結果表明:隨著回流時間的延長,其紫外-可見吸收及熒光發(fā)射光譜紅移;顆粒表面有羧基;樣品為閃鋅礦結構;形貌呈球狀。以合成的CdTe量子點為給體,羅丹明B為受體,研究在十六烷基三甲基溴化銨膠束介質中,量子點與

10、羅丹明B之間的熒光共振能量轉移。實驗結果表明:在pH=5.00的緩沖溶液中,當十六烷基三甲基溴化銨的濃度為1.37×10-4mol/L時,CdTe量子點與羅丹明B之間的作用距離為2.65nm,1個量子點給體最多可與6個羅丹明B受體發(fā)生有效的共振能量轉移,能量轉移效率為0.69。采用綠色工藝合成L-半胱氨酸穩(wěn)定的CdTe量子點,并以合成的量子點為熒光探針,發(fā)展一種簡單快速測定溶液中Cu2+離子的分析方法。在優(yōu)化的實驗條件下,方法的線性范圍