CdS荧光量子点的合成及其表征
cds量子点光催化
cds量子点光催化CDS量子点光催化是一种新型的光催化材料，其具有很高的光催化活性和稳定性，因此受到了广泛的关注。
本文将从什么是CDS量子点、光催化原理、应用前景等几个方面进行详细介绍。
一、什么是CDS量子点1.1 CDS量子点的概念CDS量子点是一种由硫化镉（CdS）纳米晶体组成的半导体材料，其直径通常在1-10纳米之间。
与大多数半导体材料不同的是，CDS量子点具有特殊的发光性质，即在受到紫外线或可见光照射时会发出强烈的荧光信号。
1.2 CDS量子点的制备方法目前，制备CDS量子点主要有两种方法：溶液法和气相法。
溶液法：将硫化镉和还原剂等混合在水或有机溶剂中，在一定温度下进行还原反应即可得到CDS量子点。
气相法：将硫化镉蒸发到高温反应管中，在氢气或氮气等还原剂存在下进行还原反应即可得到CDS量子点。
二、CDS量子点光催化原理2.1 光催化的基本原理光催化是指在光照射下，通过半导体材料对有机污染物和无机污染物进行降解的一种技术。
其基本原理是：当光照射到半导体材料表面时，会激发半导体材料中的电子从价带跃迁至导带，形成电荷对。
这些电荷对可以在半导体表面与氧分子结合形成活性氧，从而促进有机污染物和无机污染物的降解。
2.2 CDS量子点光催化的原理CDS量子点作为一种新型的光催化材料，其光催化原理与传统的半导体材料有所不同。
CDS量子点具有特殊的大小效应和能带结构，可以将可见光转换为高能量电荷对。
当CDS量子点受到可见光照射时，会产生电荷对，并在表面与氧分子结合形成活性氧。
这些活性氧可以促进有机污染物和无机污染物的降解。
三、CDS量子点光催化的应用前景3.1 环境污染治理CDS量子点光催化具有很高的光催化活性和稳定性，可以有效地降解有机污染物和无机污染物。
因此，CDS量子点光催化在环境污染治理方面具有广泛的应用前景。
3.2 新能源开发CDS量子点光催化可以将太阳能等可见光转换为高能电荷对，从而产生电能。
CdSe量子点的微连续合成与表面修饰
油 胺
Abs. Intensity (a.u.) HWHM of Abs.(nm)
28
(a)
560
(b)
26
550 24
299oC 285oC 260oC 240oC 220oC 360 480 600 720 Wavelength/ nm
22
540
20 530
18
520 16
240 250 260 270 280 290 300
400
(b)
30 s
20 s 120℃
8 s 10 s
200
5s
core
0 450 500 550 600 650 700
Wavelength (nm)
最优停留时间为30s
橙色CdSe/ZnS量子点－温度优化
(a)
(b)
毕业答辩
(a) 20s
140℃ (b) 120℃ 20s
Abs. Intensity/ a.u. PL. Intensity/ a.u.
硕士学位答辩 CdSe量子点的微连续合成与表面修饰
内容提要
毕业答辩
背景综述 试验装置搭建 CdSe量子点的连续合成 CdSe量子点的有机材料表面改性 CdSe/ZnS量子点的合成 总结与展望
综述－发光原理和发光特性
毕业答辩
发光范围可调 易激发 抗漂白能力强
综述－应用与性能指标
量子点已成为研究热点
PL Peak Location (nm) FWHM of PL (nm)
534
850
532 800
530
750 528
526
700
524 650
522 600
超窄荧光发射的绿色CdSe核壳量子点的合成
超窄荧光发射的绿色CdSe核壳量子点的合成超窄荧光发射的绿色CdSe核壳量子点的合成引言:量子点是一种具有特殊光物理性质和潜在应用价值的纳米材料，近年来广受研究者的关注。
其中，绿色CdSe核壳量子点因其超窄的荧光发射谱和优异的稳定性而备受瞩目。
本文将重点介绍超窄荧光发射的绿色CdSe核壳量子点的合成方法及其应用前景。
一、合成方法1. CdSe核壳量子点的概念CdSe核壳量子点是由一层CdSe核心和一层壳材料组成的逐层包裹结构。
壳材料的选择对量子点的发光性能至关重要，而对于绿色CdSe核壳量子点来说，常用的壳材料有ZnS和CdS等。
2. 壳层生长方法壳层的生长是通过在CdSe核心表面沉积壳材料形成的。
具体方法包括溶液合成和气相生长两种。
溶液合成方法主要是通过控制反应条件，如溶液组成、温度和反应时间等，来实现CdSe核壳量子点的合成。
而气相生长方法则需要在恒定气氛条件下利用热蒸发技术完成。
3. 超窄荧光发射的实现为了获得超窄荧光发射的绿色CdSe核壳量子点，可以通过以下两种方法来实现：一是在壳材料中引入阴离子，如Cl-、Br-等，来调控量子点的表面形态和能带结构，从而实现发射谱的窄化；二是通过在合成过程中引入有机小分子来对量子点进行修饰，从而实现发射谱的窄化。
二、应用前景超窄荧光发射的绿色CdSe核壳量子点具有广泛的应用前景。
1. 生物成像超窄发射光谱使得绿色CdSe核壳量子点成为生物成像领域的理想探针。
其可以在细胞和组织中实现高对比度的荧光成像，对疾病的诊断和治疗有着重要应用价值。
2. 光电器件绿色CdSe核壳量子点作为荧光材料在光电器件领域也有着广泛应用。
其高纯度的绿色发光可以在显示器件中作为背光源，同时也可用作LED器件的发光材料。
3. 光催化由于绿色CdSe核壳量子点的独特能带结构和高光学性能，可以用于光催化领域，例如水分解产氢和有机物降解等。
4. 光伏应用核壳结构使得绿色CdSe量子点在太阳能电池领域具有巨大的潜力。
CdS量子点的制备及其光学性能的研究的开题报告
LED用ZnO/CdS量子点的制备及其光学性能的研究的开题报告题目：LED用ZnO/CdS量子点的制备及其光学性能的研究一、研究背景随着LED技术的不断发展，高效、稳定、低成本的LED材料的研究日益受到人们的关注。
量子点材料具有优异的光学性能，被认为是一种很有前途的LED材料之一。
在量子点材料中，ZnO/CdS量子点由于其优秀的光学性能，尤其是其高的荧光量子产率以及可调控的荧光发射波长，受到了广泛关注。
因此，探究LED用ZnO/CdS量子点的制备及其光学性能对于提高LED材料的性能和开发新型LED材料具有重要的意义和价值。
二、研究目的本研究将对LED用ZnO/CdS量子点的制备方法进行优化研究，探究不同制备条件对量子点荧光性能、量子点电子传输性能的影响，并通过光电特性测试手段对其光学性能进行评估，为LED材料的研发提供参考和指导。
三、研究内容1.制备ZnO/CdS量子点材料；2.通过优化制备条件探究不同制备条件对量子点荧光性能、量子点电子传输性能的影响；3.利用光电特性测试手段对其光学性能进行评估。
四、研究方法1.制备ZnO/CdS量子点材料：采用溶剂热法进行制备，并通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等手段对样品进行表征；2.探究不同制备条件对量子点荧光性能、量子点电子传输性能的影响：通过改变制备过程中的反应条件、反应时间等因素，探究不同制备条件对ZnO/CdS量子点的光学性质、电学性质的影响，利用荧光光谱、紫外可见吸收光谱等手段对量子点的光学性质进行评估；3.对其光学性能进行评估：通过荧光光谱、紫外可见吸收光谱、电化学阻抗光谱等光电特性测试手段对其光学性能进行评估。
五、预期结果通过对LED用ZnO/CdS量子点的制备方法进行优化研究，本研究将得到制备高品质ZnO/CdS量子点材料的工艺流程，探究不同制备条件对其光学性能的影响，并对其光学性能进行评估。
预期结果将为进一步提高LED材料的性能和开发新型LED材料提供参考和指导。
CdS半导体纳米粒子合成与表征
纳米粒 子 ，Ｂ ～ Ｓ ＳＯＨ 溶 解 在 四 氢 呋 喃 中 ， 引 入 Ｃ 。 当 ｄ
共聚 物 主 要 包 括 Ｐ －－ Ｅ ５， Ｅ —— Ｓ ｂＰ Ｓ ｂＰ Ｏｒ Ｐ Ｏ ｂＰ ～ — ＡＡｌ ， ］ ６ ］ Ｐ Ｇ ｂＰ Ｉ 。这些 两亲嵌 段 聚合 物 仅 仅处 于 实 验 Ｅ ＿— Ｅ ＿ 等 ７
的 Ｃ Ｓ半 导体 纳米粒 子 ， ｄ 透射 电子 显微 镜 结果 表 明所 得 到 的 Ｃ Ｓ半导体 纳 米粒子 具有 冠状复 合胶 束结 构 。 ｄ 关 键词 ： 嵌 段 聚 合 物 ； 化 镉 纳 米 粒 子 ｉ 板 法 ； 硫 模 合 成 ； 征 表
中 图 分 类 号 ： ＴＱ３ ６ ２ 文 献标 识码 ： Ａ
一
粒 子 的 光 学 性 能 。 采 用 日本 Ｊ ＯＬ 公 司 生 产 的 Ｅ
Ｊ Ｍ２ １ Ｅ ０ ０透射 电子显 微镜 观察 Ｃ Ｓ纳米粒 子 的形貌 。 ｄ
定 的形状 和尺 寸 的 空 间受 限环境 ， 半 导 体 纳 米 粒 使
３ 结 果 与 讨 论
Ｚａ ｈ ｏ等人 提 出 ， 当两亲 嵌 段共 聚物 的极 性 与非 极 性链 段均 溶解 在 同一 溶 剂 中 ， 极性 段 又 可 以与 且
子 的形状 及尺 寸 得 到有 效 控 制 ， 因此 有 关 两 亲嵌 段 聚 合 物模板 制备 金属或 半导 体纳米 材料 的研 究受 到 广 泛
的重 视 。 ¨］
目前用 于制 备金属 或半 导体 纳米粒 子 的两 亲嵌 段
前 躯体 离子 相互 作 用 时 ， 亲嵌 段 共 聚 物 可 以在 前 躯 两 体 离子 的作用 下组 装形成 （ ） 反 胶束 。称 利用 此 种方 法 制备 纳米 半导 体粒 子 的方 法 为盐诱 导法 。本 文利 用盐
CdSe量子点的制备及其发光性能的研究的开题报告
CdSe量子点的制备及其发光性能的研究的开题报告
一、研究背景
随着纳米技术的不断发展，量子点作为一种新型半导体材料，由于其独特的物理和化学性质，备受关注。
CdSe作为一种具有优异光电性能的半导体材料，其量子点也成为研究热点之一。
本次研究旨在通过合成CdSe量子点并研究其发光性能，为其应用于生物标记、光电转换、激光器等领域奠定基础。
二、研究内容和方法
1. 合成CdSe量子点
通过改进热分解法制备CdSe量子点，利用Cd(OA)2和Se(DPM)2等化合物为前体，经过高温热解反应，得到CdSe量子点。
2. 表征CdSe量子点结构
利用X射线衍射仪、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段进行结构表征。
3. 研究CdSe量子点的荧光性质
利用紫外-可见吸收光谱仪、荧光光谱仪、时间分辨荧光光谱仪等装置研究CdSe量子点的荧光性质。
三、研究意义和预期结果
CdSe量子点具有很好的物理和化学性质，其应用范围广泛，包括生物成像、光电转换和传感等。
本次研究旨在合成CdSe量子点并研究其发光性能，进一步探究其荧光性质及应用前景，为其在相关领域的应用提供基础研究支持。
预期结果包括成功制备CdSe量子点、对其进行表征并研究其荧光性质，以及进一步探讨其应用前景。
cds碳量子点
CDS碳量子点概述CDS碳量子点是一种新型的碳基材料，具有优异的光电性能和潜在的应用前景。
碳量子点（Carbon Dots，简称CQDs）是一类尺寸小于10纳米的碳纳米材料，具有许多独特的特性，如荧光、电化学和光电性能等。
CDS碳量子点是由硫化碳（Carbon Disulfide）合成的碳量子点，其在荧光材料、生物成像、光电子器件等领域具有广泛的应用前景。
合成方法CDS碳量子点的合成方法多种多样，常见的方法包括溶剂热法、微波法、水热法等。
下面以水热法为例，介绍CDS碳量子点的合成过程：1.准备硫化碳溶液：将硫化碳溶解在适量的溶剂中，如水或有机溶剂。
溶液中的硫化碳浓度越高，合成的CDS碳量子点的荧光强度越高。
2.加热反应：将硫化碳溶液加热至一定温度，常见的反应温度为100-200摄氏度。
加热的过程中，溶液中的硫化碳会发生裂解和聚合反应，生成碳量子点。
3.调控反应条件：在反应过程中，可以通过调节温度、反应时间、溶剂种类等参数来控制CDS碳量子点的大小、形状和荧光性能。
4.分离和纯化：将反应溶液中的CDS碳量子点通过离心、过滤等方法分离出来，并用纯溶剂进行洗涤和纯化，去除杂质。
5.表征分析：通过透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、荧光光谱等技术对合成的CDS碳量子点进行表征和分析，确定其大小、形状、结构和荧光性能等。
特性与应用CDS碳量子点具有以下几个重要的特性和应用潜力：1. 荧光性能CDS碳量子点具有宽波长荧光发射特性，其发射峰位于可见光区域。
荧光强度和发射峰可以通过调节合成条件来实现。
CDS碳量子点在荧光探针、生物成像、光电子器件等领域具有广泛的应用前景。
2. 生物兼容性CDS碳量子点具有优异的生物兼容性，可以在生物体内进行成像和治疗。
由于其尺寸小、荧光性能好、毒性低等特点，CDS碳量子点在生物医学领域具有重要的应用潜力，如生物成像、药物传递、癌症治疗等。
3. 光电子器件CDS碳量子点在光电子器件中可以作为荧光材料、光电转换材料等。
CdS量子点的一步法合成及量子产率
CdS量子点的一步法合成及量子产率王莉;汪瑾;陈艳;仲洪海;蒋阳【摘要】以油酸为配体,十八烯为溶剂,采用一步法合成了CdS量子点,研究了反应温度、反应时间和Cd/S的摩尔比对量子点光谱性能的影响.X射线衍射(XRD)和高分辨透射电镜(HRTEM)测试结果表明,所获得的CdS量子点为立方闪锌矿结构,且尺寸分布均一,结晶度高,其较强的带边发光、尖锐的紫外吸收峰以及狭窄的荧光发射峰进一步表明量子点的单分散性及优异的光学性质.反应温度和Cd/S的摩尔比对CdS量子点的尺寸大小和荧光量子产率均有重要的影响.当n(Cd)/n(S)=3:1及生长温度为240℃时,得到的CdS量子点单分散性良好且荧光量子产率高达30%.%CdS quantum dots(QDs) were synthesized via one-pot method, with Octadecene as the solvent and oleic acid as capping ligands. The influences of reaction time, reaction temperature and Cc/S molar ratio on optical properties of CdS QDs were studied. The zinc-blende, monodisperse and high-crystalline structures of CdS QDs were characterized by XRD and HRTEM. The good monodisperse size distribution and optical properties were also confirmed by UV-Vis and PL spectra. The PL spectra are symmetrical and their full-width at half-maximum(FWHM) is samll. The first absorption peak is very sharp. The growth temperature and the initial Cd/S molar ratio have important influences on the size and photoluminescence quantum yields(PLQY) of CdS QDs. It has been demonstrated that high photoluminescence quantum yields with nearly monodisperse CdS nanocrystals can beobtained by a judicious choice of the Cd/S molar ratio(3:1 ) and the growth temperature (240 ℃ ), and the PLQY is about 30％.【期刊名称】《高等学校化学学报》【年(卷),期】2011(032)005【总页数】6页(P1043-1048)【关键词】量子点;硫化镉;一步法;量子产率【作者】王莉;汪瑾;陈艳;仲洪海;蒋阳【作者单位】合肥工业大学化学工程学院,合肥,230009;合肥工业大学化学工程学院,合肥,230009;合肥工业大学材料科学与工程学院,合肥,230009;合肥工业大学材料科学与工程学院,合肥,230009;合肥工业大学材料科学与工程学院,合肥,230009【正文语种】中文【中图分类】O614.24;TN304.2半导体量子点因其特殊的结构而展现出与对应体相材料不同的尺寸和形貌依赖的物理性质，已被广泛应用于生物标签、发光二极管、激光器以及太阳能电池等不同的科技领域［1～5］.CdS量子点的本征吸收峰值处于太阳光谱最强烈的区域，是太阳能电池的理想材料，这已成为Ⅱ-Ⅵ族量子点研究的热点之一.目前合成CdS量子点多采用热注射法［6～12］.该法可以制备单分散、高质量的Ⅱ-Ⅵ族量子点，但由于量子点的性质主要取决于高温前驱物的注入速度和搅拌的强度，且产率较低，因此不适合大规模工业化生产.近年来，一步法(One-pot)制备Ⅱ-Ⅵ族量子点由于兼具性能优异和产量较高的优点而显示出广阔的应用前景［13，14］.本文以低毒的氧化镉为镉源，单质硫粉为硫源，利用十八烯绿色溶剂体系替代传统的有毒、易氧化爆炸的三辛基膦(TOP)作为单质硫粉的溶剂，以油酸为配体制备了荧光性能优异的单分散的CdS量子点.该法量子产率较高，且整个反应简单可控. 1.1 试剂与仪器氧化镉和硫粉(分析纯)购于上海国药集团化学试剂有限公司;油酸(分析纯)购于天津市博迪化工有限公司;十八烯(分析纯)购于A Johnson Matthey公司;甲苯和甲醇(分析纯)购于上海中试化工总公司.TGL-16C型台式离心机(上海安亭科学仪器厂);DHG-9076A型电热恒温干燥箱(上海精密实验设备有限公司);Shimadzu UV-240型紫外分光光度计(日本岛津公司);Rigaku Dmax-rB型旋转阳极X射线衍射仪(日本理学公司);Hitachi H-800型透射电子显微镜(日本日立公司);F-4500荧光分光光度计(日本日立公司).量子点的荧光量子产率采用参比法测定，以罗丹明B为标准物质，乙醇为溶剂，根据下式［15］计算:式中，下标s表示标准物质，Qs为罗丹明B的荧光量子产率，其值为65%，Y表示荧光图谱的积分面积，I为紫外吸收值，η为不同溶剂的折光率.甲苯的折光率为1.49，乙醇的折光率为1.36.1.2 CdS量子点的一步法制备将0.064 g氧化镉(CdO)和0.016 g硫粉(S)放入三颈瓶中，加入1.5 mL油酸和6 mL十八烯，在加热条件下搅拌溶解后迅速升温到指定的温度(例如210℃)，并在此温度下反应.间隔不同的反应时间取0.2 mL样品注入到2 mL甲苯溶液中，以甲醇作为沉淀剂加入到含CdS量子点的粗甲苯溶液中，至产生明显浑浊现象后离心，除去上层清液，在离心管中加入少量甲苯使量子点沉淀全部溶解，再加入甲醇至产生明显浑浊后离心.如此重复3次以上，洗去大部分油酸和未反应物，最后将沉淀的CdS量子点加入到甲苯中分散溶解，用于性能测试.在荧光光谱测试时，所用的激发波长为350 nm.一步法制备CdS量子点的等式图可表示为2.1 CdS量子点的制备与表征图1为一步法制备的CdS量子点的光谱图［制备条件:温度240℃，n(Cd)/n(S)=3∶1］.如图1(A)所示，随着反应时间的延长，样品的紫外吸收峰发生轻微的红移，反应时间从开始到60 min，吸收峰从422 nm红移到430 nm，这与一步法CdS量子点的生长特征相符.通过和热注射法制备的CdS量子点相比较［9］可以发现，延长反应时间对一步法所制量子点的颗粒成长无明显影响.这在图1(B)和图2中也得到了进一步的证实.因为在一步法制备量子点的过程中没有高温前驱物的注入，量子点的成核与长大过程几乎是同时进行的［14］，因此延长反应时间对颗粒生长影响不大.此外，由图1(A)还可看出，量子点在300 nm处存在吸收，该吸收峰应该是由一种较稳定的被称为“魔幻尺寸纳米簇”(Magic sized nanoclusters)的晶核所产生的［16］.图1(B)为CdS量子点的荧光光谱.可以明显看出，随着反应时间延长到60 min，荧光发射峰从440 nm(10 s)红移到448 nm(60 min)，半峰宽为25 nm，且随着反应时间的延长，发射峰和半峰宽均无变化.由图2可以看出，随反应时间的延长，CdS量子点的颗粒尺寸的成长并不明显.这也进一步佐证了一步法与热注射法制备量子点的机理有较大的差异.CdS量子点的粒径由下式计算［17］:式中，D(nm)是量子点粒径，λ(nm)是量子点UV-Vis吸收光谱中第一个激子吸收峰的位置.图3为240℃下反应30 min后获得的CdS量子点的典型紫外与荧光光谱.样品的紫外吸收峰位于429 nm处，荧光光谱显示在448 nm处有一个尖锐的荧光发射峰，其对应的半峰宽为25 nm.较小的斯托克斯位移(～19 nm)和相当窄的荧光发射峰(25 nm)都表明所获得的CdS量子点表面规整，尺寸分布较窄.我们在前期的工作中［18］曾研究了油酸的含量对CdS量子点生长的影响，在本文一步法合成工艺的研究中发现，油酸的含量对CdS量子点的生长存在类似的影响.当油酸的含量增至2 mL时，样品的紫外吸收峰和荧光发射峰分别红移至434和462 nm.对比两种不同的合成工艺可以发现，在热注射方法中，油酸的含量对CdS量子点生长的影响更为明显，这可能与两种合成体系所对应的CdS量子点的成核与生长特性的不同有关.图4为一步法制备的典型CdS量子点的高分辨透射电镜(HRTEM)照片，可以直观地看出，CdS量子点具有良好的分散性和近于球形的形状，颗粒直径约4 nm，这一结果与根据式(3)计算的颗粒尺寸基本一致.由图4(B)插图中单个CdS量子点的HRTEM照片可得其晶面间距为0.29 nm，这与立方闪锌矿结构CdS的(200)晶面间距一致.同时，HRTEM照片上清晰的二维晶格也表明所获得的CdS量子点具有良好的结晶度.图5为CdS量子点的XRD衍射图谱，它与CdS的标准卡片(JCPDS No.65-2887)相吻合，表明合成的CdS为立方闪锌矿结构.3个典型特征峰的2θ值分别位于26.18°，43.98°和51.70°，对应闪锌矿结构CdS的(111)，(220)和(311)3个晶面. 由EDS图谱(图6)可见，所得CdS量子点由元素Cd和S组成，根据EDS结果计算得出的Cd与S的摩尔比为0.432∶0.345.图谱中的Cu信号由支撑样品的铜网产生.2.2 反应温度对CdS量子点光谱性质及量子产率的影响图7分别为不同温度下得到的CdS量子点的吸收峰、发射峰和量子产率随反应时间的变化趋势图.由图7(A)可见，一步法制备的量子点成核与生长过程几乎是同时进行的.在同一温度下，随着时间的延长，吸收峰红移现象不明显，只有几个纳米.在相同反应时间下，反应温度越高，吸收峰对应的波长越大，根据式(3)计算得到的粒径越大.可见，在一步法制备量子点过程中，可以通过调节反应温度获得不同粒径的量子点，这一结果可以用粒子形成的动力学来解释.实验中使用油酸作为配体，温度越高，配位分子越容易分离，且分离速度越快，被包覆颗粒表面越快速地暴露，与溶液中的Cd或S的前驱体发生反应的速度也越快，导致生长速率加快，从而生成更大的颗粒.由图7(B)可以看出，在同一温度下，随着反应时间的延长，荧光发射峰没有明显的红移，这也同样说明量子点颗粒没有长大.在同一反应时间内，随着温度的升高，荧光发射峰发生了红移，但是反应温度为240和270℃时，吸收峰位置和荧光发射峰位置并未发生期望中的红移，这是因为在反应中，升温是一个过程，当达到适合的温度时(例如240℃)，成核和生长过程随即发生，当温度稳定在270℃时，溶液中Cd或S前驱体已经消耗殆尽.图7(C)显示的是不同温度下CdS量子点荧光量子产率(PLQY)的变化趋势图.反应温度为180℃时，所制备的CdS量子点的PLQY为10%左右，反应温度为240℃时，颗粒的PLQY提高了近2倍，平均为20%，最大PLQY可达30%，反应温度为270℃时，量子点的PLQY仅为5%.可见，单纯的提高反应温度并不能提高CdS量子点的量子产率.在整个反应过程中，颗粒的PLQY均不固定，随反应时间的变化而变化，且变化规律基本相同.在反应初始，CdS量子点的荧光量子产率由低到高变化，最后趋于平稳.实验结果表明，适宜的反应温度对提高PLQY至关重要，温度过高，反应过快，则颗粒表面钝化不完全，表面缺陷较多，量子点的PLQY很低.2.3 Cd/S摩尔比对量子点光谱性质及量子产率的影响图8分别为不同Cd/S摩尔比条件下合成的CdS量子点的吸收峰位置、发射峰位置、半峰宽和量子产率随反应时间的变化趋势图.由图8(A)和(B)可以看出，在不同Cd/S摩尔比条件下，位置变化趋势基本相同，反应前期(10 min内)的吸收峰和发射峰均有明显的红移，随着反应时间的延长，吸收峰和发射峰的位置变化不大.由此进一步说明，在该体系中颗粒的成核和长大几乎同时进行，且主要发生在反应的前期.在同一段反应时间内，随着Cd/S摩尔比的增加，吸收峰和荧光峰的位置都发生了蓝移，表明随着Cd/S摩尔比的增加，反应明显变慢.图8(C)是不同Cd/S摩尔比条件下合成的CdS量子点的发射峰半峰宽(FWHM)随反应时间的变化趋势图.可以看出，Cd/S摩尔比相同时，随着反应时间的延长，发射谱的半峰宽先变窄后逐渐变宽.Cd/S摩尔比为1∶1时，半峰宽的最小值为27 nm;Cd/S摩尔比为2∶1时，半峰宽的最小值为26 nm; Cd/S摩尔比为3∶1时，半峰宽的最小值为25 nm，且不同反应时间发射谱的半峰宽都比较小.随着反应时间的延长，半峰宽逐渐变大，表明量子点的尺寸分布逐渐变宽，这种尺寸分布的变宽也可以用Ostwald熟化机理解释［19，20］.即剩余单体的浓度变小，晶粒的的临界尺寸变大，粒径小于临界尺寸的晶粒分解，粒径大于临界尺寸的晶粒继续长大.半峰宽约30～50 nm，对应约10%的颗粒尺寸分布，表明通过上述方法可以得到粒径分布较均一的纳米颗粒.在合成样品的发射图谱中，与缺陷相关的发射谱线较小.图8(D)为不同Cd/S摩尔比条件下得到的CdS量子点的量子产率随反应时间的变化图.Cd/S摩尔比为3∶1时，所制备的纳米颗粒的PLQY高于摩尔比为1∶1时的PLQY，CdS量子点的最大PLQY达30%，平均的PLQY也有25%左右.在Cd/S摩尔比为2∶1时，CdS量子点的最大PLQY为18%，平均的PLQY为13%.当Cd/S摩尔比为1∶1时，CdS量子点的最大PLQY仅为8%，平均的PLQY只有3%.可见，提高Cd/S摩尔比有利于得到表面缺陷少、表面粗糙度低和荧光效率高的量子点.这主要是因为高Cd/S摩尔比能降低反应速率，量子点表面的钝化就会比较完全，进而表面的缺陷也会比较少.【相关文献】［1］Sutherland A.J..Curr.Opin.Solid State Mater.Sci.［J］，2002，6(4):365—370［2］Kumar N.D.，Joshi M.P.，Friend C.S.，Prasad P.N.，Burzynski R..Appl.Phys.Lett.［J］，1997，71(10):1388—1390［3］Nika D.L.，Pokatilov E.P.，Shao Q.，Balandin A.A..Phys.Rev.B［J］，2007，76(12):1—9［4］ZENG Qing-Hui(曾庆辉)，ZHANG You-Lin(张友林)，DU Chuang(杜创)，SONG Kai(宋凯)，SUN Ya-Juan(孙雅娟)，LIU Xiao-Min(刘晓敏)，KONG Xiang-Gui(孔祥贵).Chem.J.Chinese Universities(高等学校化学学报)［J］，2009，30(6):1158—1161［5］LIU Ying-Fan(刘应凡)，YU Jun-Sheng(于俊生).Chinese J.Inorg.Chem.(无机化学学报)［J］，2009，25(5):787—793［6］Murray C.B.，Noris D.J.，Bawendi M.G..J.Am.Chem.Soc.［J］，1993，115(19):8706—8715［7］Bowen K.J.E.，Colvin V.L.，Alivisatos A.P..J.Phys.Chem.［J］，1994，98(15):4109—4117［8］Peng Z.A.，Peng X.G..J.Am.Chem.Soc.［J］，2000，123(1):183—184［9］Yu W.W.，Peng X.G..Angew.Chem.Int.Ed.［J］，2002，41(13):2368—2371［10］Wang C.，Jiang Y.，Chen L.L.，Li S.Y.，Li G.H.，Zhang Z.P..Mater.Chem.Phys.［J］，2009，116(2/3):388—391［11］Wang C.，Jiang Y.，Zhang Z.P.，Li G.H.，Chen L.L.，JieJ.S..J.Nanosci.Nanotechnology［J］，2009，9(8):4735— 4740［12］Wang C.，Jiang Y.，Li G.H.，Zhang Z.P.，Shi J.F.，Li N..J.Cryst.Growth［J］，2008，310(11):2890—2894［13］Ouyang J.Y.，Kuijper J.，Brot S.，Kingston D.，Wu X.H.，Leek D.M.，Hull M.Z.，Ripmeester J.A.，Yu K..J.Phys.Chem.C［J］，2009，113(18):7579—7593［14］Cao Y.C.，Wang J.H..J.Am.Chem.Soc.［J］，2004，126(44):14336—14337［15］Jose R.，Biju V.，Yamaoka Y..Appl.Phys.A［J］，2004，79(8):1833—1838［16］Pan D.C.，Ji X.L.，An L.J.，Lu Y.F..Chem.Mater.［J］，2008，20(11):3560—3566 ［17］Yu W.W.，Qu L.H.，Guo W.Z.，Peng X.G..Chem.Mater.［J］，2003，15(14):2854—2860［18］Chen Y.，Jiang Y.，Zhang Z.P.，Wang C.，Liu X.M..J.Nanosci.Nanotechnology［J］，2010，10(10):6544—6549［19］Narayanaswamy A.，Xu H.F.，Pradhan N.，Kim M.，Peng X.G..J.Am.Chem.Soc.［J］，2006，128(31):10310—10319［20］Narayanaswamy A.，Xu H.F.，Pradhan N.，Peng X.G..Angew.Chem.Int.Ed.［J］，2006，45(32):5361—5364。
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第7卷第2期2007年6月湖南工业职业技术学院学报J OURNAL O F HUNAN INDUSTRY POLYTEC H NICV o l 7N o 2J un 2007CdS 荧光量子点的合成及其表征李 雄(湖南科技职业学院,湖南长沙 410004)[摘 要] 采用胶体化学法于水相中直接合成了荧光C dS 量子点(QD s)。
利用XRD 、TEM 、UV -V is 、FL 等表征手段对所制得样品的结构和形貌进行分析。
[关键词] CdS 纳米晶;荧光;合成[中图分类号] TP6[文章标识码] A[文章编号] 1671-5004(2007)02-0024-02Synthesis and Characterizati on of CdS QD sL I X iong(Hunan Techn ical Profess i onal Insti tute Changs h a 410004,H unan)[Abstract] CdS QDs w as s ynthes iz ed d irectly i n an aqueous s o l uti on Th e s i ze ,shape and op tical p roperty of C dS QDs are characterized byTE M,XRD,UV -V i s and FL spectra[K ey words] CdS QDs ;FL spectrum;s ynthes is[收稿日期] 2007-05-02[作者简介] 李 雄(1979-),男,湖南汩罗人,湖南科技职业学院教师,研究方向:化留。
自1998年A li v isatos [1]和N i e [2]成功地利用CdSe-ZnS 纳米粒子的荧光特性对老鼠的成纤维细胞进行了标记和非同位素检测的新方法以来,激起了全世界科学家对Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米粒子的研究热潮[3]。
目前,Ⅱ Ⅵ族半导体纳米粒子较成熟的制备方法金属有机合成法。
P eng [4-5]课题小组采用金属有机法在该领域取得了令人瞩目的成就。
他们在有机溶剂TO P /TO PO 体系中合成了分散均匀,表面包覆TO PO 的CdE(E =S 、Se 、T e)半导体纳米晶体。
但该工艺复杂,条件苛刻,同时在体内检测还有很大的难度。
本文结合各国科学家所取得的成果[6,7]在水相中直接合成了分散性好,荧光强度高,稳定的CdS Q D s 。
一、实验部分1 仪器与试剂氯化镉、硫化钠、氢氧化钠、氯化氢、硫脲(T u)均为国产分析纯试剂,购自中国国药集团。
其它化学试剂均为分析纯。
实验用水为本中心自制的去离子水。
粉末x -ray 衍射测试采用R i g aku 的D /max -2200型X 射线衍射仪。
测试条件为:Cu 靶,波长为:1 54056n m,管电压40k V,管电流40mA,扫描速度为4 m i n -1在10~900范围内对样品进行扫描。
透射电子显微镜为日本JS M -2000,其操作电压为160KV,样品用水稀释后直接滴到碳支撑膜上,待干燥后放在铜网上进行测定,观察并拍照。
荧光光谱采用日立F -4500型荧光分光光度计,通过样品激发波长的测定,除特别说明外,均选择350n m 为激发波长,光电倍增管的副高压选为950V,狭缝宽度为2 0n m,扫描速度为2400nm m i n -1的条件下测定。
紫外-可见光谱于室温下在日本Sh i m adzu 公司UV -265紫外-可见分光光度计测定。
2 实验方法取10mL 新配制1 0 10-3m o l l -1的CdC l 2水溶液,6倍量的硫脲溶液,用1m o l l -1的N aOH 和HC l 溶液调节到p H =2后加入5mL 一定量新配制1 0 10-3mo l l -1的N a 2S 水溶液,控制[Cd 2+]与[S 2-]的比例。
避光搅拌30m i n 后在适宜温度下加热回流3小时。
取部分溶液,将其稀释10倍后进行表征和荧光测定。
二、结果与讨论1 CdS QD s 的TE M 分析图1 CdS 纳米晶的T E M 图F i g1 T E M pho tog raph o f CdS QD s通常采用透射电子显微镜(TE M )来观察纳米粒子的形貌、粒径大小。
图1为是采用T u 为稳定剂,[Cd 2+]:[S 2-]=1:0 5的条件下制备的CdS QD s 的透射电子显微镜图片。
从图1 所显示的电镜照片可以看出CdS QD s 近似为球形,粒径大小分布均匀,分散性良好。
通过对图片上粒子的测量,其基本分散在6n m 左右。
2 X 射线粉晶衍射分析图2为在[Cd 2+]:[S 2-]=1:0 5,p H 为2的条件下,采用T u 为稳定剂所制得的CdS QD s 。
通过反复沉淀-分离-洗涤后得到的粉体进行X 射线粉晶衍射测定。
根据XRD 图谱可以看出在(111),(220),(311)晶面处出现明显的衍射峰,又由于粒径处于纳米级而导致宽化现象。
根据衍射峰的峰位对照标准卡片(J CPD S NO 80-0019)可知该产物为立方晶系纤锌矿结构的CdS 。
通过参数校正后的谢乐公式[8]出粒径约为6n m 。
这与TE M 观察得到的结果基本一致。
图2 CdS 纳米晶的XRD 图F ig2 XRD pa ttern o f CdS QD s3紫外吸收光谱分析图3 CdS 纳米晶的紫外吸收谱F i g 3 UV -V i s abso rpti on spectra of CdS QD s 图3是采用硫脲为稳定剂,[Cd2+]:[S2-]=1:1时所制备CdS Q D s 紫外吸收光谱。
从图可知,CdS Q D s 在417n m 处有较强的紫外吸收峰,相对体材料(515n m )吸收波长蓝移了将近100n m,表现出明显的量子尺寸效应[9]。
这是由于CdS QD s 外包裹的稳定剂吸附在CdS QD s 表面使得粒子不易长大,因此吸收峰发生蓝移。
另外,粒子处于纳米级时,由于尺寸的限制,内部能级结构成为分立的状态,电子占据分子轨道并满足保里不相容原理。
通常根据紫外吸收光谱信息,用有效质量模型近似规则来估算QD s 的粒子半径等有效信息[10~12]。
根据Brus 方程:E =Ebulkg+h 28r 21m 0m e +1m 0m h -1 8e 24 0r式中:E b ulkg为纳米粒子的体相材料的能隙, 为物质的介电常数。
h ,e ,r 分别为普朗克常数、电子电荷和半导体颗粒的半径。
m e ,m h 为电子以及空穴的有效质量。
对于CdS QD s 而言,E bulk g =2 42e V, =5 7,m e *=0 19m 0,m h *=0 80m 0,m 0=9 1095 10-31kg 。
因此,根据Brus 公式可估算半导体的颗粒大小,粗略计算本实验中得所CdS QD s 的粒径约为6n m,这与透射电镜以及XRD 的观察结果相符。
4 荧光光谱分析图4为CdS QD s 的荧光光谱,在452nm 有一个明显的荧光峰。
从图中可以看出,相对于有机荧光,CdS QD s 的对称性更好,半高峰宽为75n m,强度较大。
于体相材料,由于粒子处于纳米级,因此,有较大的蓝移。
这都为生物标记与应用奠定了基础。
图4 CdS 纳米晶的荧光光谱F ig 4 FL spec tru m o f CdS QD s三、结论通过水相合成法,在水溶液中直接合成荧光CdS 纳米晶,原料成本低,方法简单,可作为荧光标记用途。
所得的CdS QD s 特征荧光发射峰位450n m,发射的荧光强度较大。
CdS QD s 的高荧光发射强度对于发光材料和生物分子探针具有潜在的应用前景。
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