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水溶性CdTe纳米晶的制备、光学性能及生长行为研究

作　者: 李斌
导　师: 方能虎
学　校: 上海交通大学
专　业: 分析化学
关键词: CdTe纳米晶表面修饰剂光学性能生长行为微波辐射
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 76次
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内容摘要

II-VI族半导体纳米晶,它具有尺寸依赖的电学和光学性能,目前,在多个研究领域,如发光二极管,光电装置,太阳能电池,生命科学等领域有广泛的应用。而水溶性纳米晶由于可以直接用于生命科学等领域,也引起了众多研究者的关注。近年来,制备水相纳米晶的新技术、新方法陆续出现,使水溶性纳米晶的制备方法逐渐成熟起来。不过,由于水相体系过于复杂,针对水相纳米晶的生长行为的研究进展较为缓慢(如水相体系纳米晶的异性生长机理,微波辐射下纳米晶的生长行为等),这严重阻碍了进一步制备结构复杂、功能多样的水相纳米晶;此外,随着量子点在生物领域的深入研究,合成生物相溶性和光学稳定性的高质量量子点已成当务之急。为此,本论文的工作主要围绕CdTe纳米晶的水相合成及生长行为这两个方面展开。系统地研究了各种实验条件如pH值,前驱体配比,修饰剂的类型,加热手段等对纳米晶的生长行为及光学性质的影响。主要包括:(1)首次采用一种生物分子(乙酰半胱氨酸/ALCS)为稳定剂,快速一步合成了高质量的CdTe量子点,通过优化反应条件,如pH值, Cd/Te, ALCS/Cd摩尔比例等,将ALCS包覆的量子点的量子产率提高到61%,荧光发射峰位置覆盖500 nm到700 nm。同时,对比乙酰半胱氨酸,我们发现L-半胱氨酸会诱导CdTe发生异性生长生成1D纳米棒。由此,通过调查多种配体下CdTe纳米晶的生长行为,实验发现,-COO-效应和-NH2效应分别是巯基乙酸(TGA)和L-半胱氨酸(LCS)导致CdTe异性生长的原因。(2)以谷胱甘肽和L-半胱氨酸为表面修饰剂,通过调节两种配体的比例,选择性地合成了高质量的CdTe 0D纳米晶和1D纳米棒。并进一步研究了不同合成条件下CdTe纳米晶的生长行为、光学性能的影响。实验结果表明谷胱甘肽和L-半胱氨酸为配体的体系下,配体比例及Cd/Te比例是诱导CdTe纳米晶发生异性生长的主要原因。而pH值的大小会显著地影响其生长速度和荧光效率,但不会引起纳米晶的结构变化。(3)在微波法合成水溶性量子点的过程中发现了一些有别于传统加热方法的特殊现象,为调查这些特殊现象产生的原因,首次以水溶性CdTe量子点为对象,较为系统地比较了常压微波辐射和油浴回流下量子点的生长行为和光学性能。比较研究了常压微波辐射法和常规水相合成法下CdTe纳米晶的结构形貌、生长速度及发光效率的变化和差异。根据LSW理论模型,由Arrhenius动力学方程计算了水溶性CdTe量子点的熟化活化能,实验结果显示微波不能降低反应活化能,常压微波体系中并不存在类似高温高压密闭体系所呈现的特殊现象。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-43
  1.1 纳米晶的基本性质  12-16
    1.1.1 量子尺寸效应  12-14
    1.1.2 表面效应  14-16
    1.1.3 宏观量子隧道效应  16
  1.2 纳米晶的制备方法  16-25
    1.2.1 有机金属合成法  16-18
    1.2.2 有机“绿色化学”法  18-21
    1.2.3 巯基水相合成法  21-25
  1.3 纳米晶的生长行为及相关理论研究  25-35
    1.3.1 油溶性纳米晶的生长行为  25-28
    1.3.2 水溶性纳米晶的生长行为  28-30
    1.3.3 准球形纳米晶的理论研究  30-35
  1.4 纳米晶的表征方法  35-39
    1.4.1 常用的表征纳米晶的方法  35-37
    1.4.2 量子产率（QYs）的测量  37-39
  参考文献  39-43
第二章乙酰半胱氨酸包覆的CDTE 纳米晶的水相合成及生长行为研究  43-57
  2.1 引言  43-44
  2.2 实验部分  44-45
    2.2.1 实验试剂  44
    2.2.2 测试仪器  44
    2.2.3 样品合成  44-45
  2.3 结果与讨论  45-54
    2.3.1 乙酰半胱氨酸修饰的CdTe 纳米晶的结构表征  45-46
    2.3.2 乙酰半胱氨酸修饰的CdTe 纳米晶的光学表征  46-48
    2.3.3 反应条件对CdTe 纳米晶的光学性能的影响  48-50
    2.3.4 纳米晶的光稳定性  50-51
    2.3.5 配体导致的CdTe 纳米晶的结构转化  51-52
    2.3.6 CdTe 纳米晶的生长机理推导  52-54
  2.4 结论  54-55
  参考文献  55-57
第三章混合配体选择性合成水溶性0D 和1D CDTE 纳米晶  57-66
  3.1 引言  57-58
  3.2 实验部分  58-59
    3.2.1 实验试剂  58
    3.2.2 测试仪器  58
    3.2.3 样品合成  58-59
  3.3 结果与讨论  59-64
    3.3.1 0D 和1D CdTe 纳米晶的结构表征  59-60
    3.3.2 0D 和1D CdTe 纳米晶的光学表征  60-61
    3.3.3 配体比例和配体结构对纳米晶生长行为的影响  61-62
    3.3.4 pH 值和Cd/Te 比例对纳米晶生长行为的影响  62-64
  3.4 结论  64-65
  参考文献  65-66
第四章微波辐射对CDTE 纳米晶生长行为的影响研究  66-76
  4.1 引言  66-67
  4.2 实验部分  67
    4.2.1 实验试剂  67
    4.2.2 测试仪器  67
    4.2.3 样品合成  67
  4.3 结果与讨论  67-74
    4.3.1 微波与油浴加热下CdTe 纳米晶的结构差异  67-68
    4.3.2 微波与油浴加热下CdTe 纳米晶的光学性能差异  68-69
    4.3.3 微波与油浴加热下CdTe 纳米晶的动力学分析  69-71
    4.3.4 微波功率对CdTe 纳米晶生长速度的影响  71-72
    4.3.5 配体对CdTe 纳米晶生长速度的影响  72-73
    4.3.6 pH 值对 CdTe 纳米晶生长速度的影响  73-74
  4.4 结论  74-75
  参考文献  75-76
第五章全文总结  76-77
致谢  77-78
攻读学位期间发表的学术论文  78

水溶性CdTe纳米晶的制备、光学性能及生长行为研究

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