光功能納米材料的制備及其在光電轉(zhuǎn)換和生物檢測中的應(yīng)用.pdf

1、本論文的研究工作涉及染料敏化太陽能電池(DSSCs)和稀土發(fā)光納米材料這兩部分。
　　 Ⅰ.光電功能納米材料的制備及其在DSSCs中的應(yīng)用DSSCs已經(jīng)吸引了各國科學(xué)家的濃厚興趣。為了提高固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率和熱穩(wěn)定性，我們設(shè)計制備了兩類導(dǎo)電率高、熱穩(wěn)定性好的凝膠電解質(zhì)和含通道的新型TiO2薄膜。
　　 1)納米復(fù)合凝膠電解質(zhì)利用F原子和羥基(-OH)之間的氫鍵(O-H…F)作用，以納米SiO2顆粒和含氟

2、的離子液體為框架材料，以丁二腈或者離子液體為電解液溶劑，制備了兩類熱穩(wěn)定性高、電導(dǎo)率高的納米復(fù)合凝膠電解質(zhì)。將它們組裝成DSSCs，該DSSCs在室溫下展現(xiàn)了較高的光電轉(zhuǎn)換效率(5～6％)。重要的是，它們能夠在一個寬的溫度范圍(20～80℃)正常工作，同時具有良好的長期穩(wěn)定性；這些特性使該DSSCs擁有室外長期工作的前景。
　　 2)新型含通道的納米TiO2薄膜將直徑為30-50 nm的ZnO納米線包裹到納米ZiO2薄膜中，隨后

3、通過鹽酸腐蝕ZnO納米線，獲得了新型的含紋理通道的納米TiO2薄膜，其中通道由薄膜表面的裂縫和膜內(nèi)直徑約為41nm的孔道組成。將含通道的納米TiO2薄膜與固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)組裝成DSSCs，發(fā)現(xiàn)這類DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率比傳統(tǒng)薄膜DSSCs的效率提高了15～30％。進(jìn)一步研究表明引入通道有利于固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)滲進(jìn)薄膜孔隙，從而改善界面接觸/界面反應(yīng)和提升DSSCs的光電性能。
　　 Ⅱ.稀土發(fā)光納米材料的制備及其在生物研究中

4、的應(yīng)用。
　　 稀土發(fā)光納米材料(RENPs)具有良好的化學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，是一類有潛力的生物發(fā)光標(biāo)記物。RENPs生物應(yīng)用的前提是制備水溶性的、表面有活性基團(tuán)(如-COOH，-NH2或者-SH)的RENPs。這里我們發(fā)展了幾種簡易和通用的方法來制備水溶性的、功能化的RENPs。
　　 1)氧化法制備羧酸功能化的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料我們發(fā)展了一個新的、通用的合成途徑來將疏水的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料(UC-RENPs)轉(zhuǎn)化成

5、親水的、羧酸功能化的UC-RENPs，該途徑依賴于采用Lemieux-von Rudloff試劑將UC-RENPs表面的油酸配體氧化成壬二酸配體。這種氧化過程對UC-RENPs的形貌、相結(jié)構(gòu)、成分、發(fā)光等沒有明顯的影響。另外，UC-RENPs表面的自由羧酸不僅使其能溶于水，而且便于其與生物分子(如鏈親合素)進(jìn)一步連接。我們利用鏈親合素功能化的UC-RENPs構(gòu)建了一類高度靈敏的DNA傳感器，表明這種氧化方法獲得的UC-RENPs是一類有

6、潛力的生物發(fā)光標(biāo)記物。
　　 2)微乳水熱法一步制備氨基功能化的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料我們發(fā)展了一類微乳水熱法來一步制備氨基功能化的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料(UC-RENPs)。以陰離子型表面活性劑(琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸鈉：AOT)、正庚烷和水溶液來構(gòu)建三組分反相微乳，并在水相中加入6-氨基己酸作為配體。水熱處理后得到水溶性的UC-RENPs，其表面氨基密度為(9.5±0.8)×10-5mol/g，而且該UC-RENPs