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ZnSe量子点和Zn_x Cd_（1-x）Se量子点的水相制备及表征

作　者: 张丹宁
导　师: 黄朝表
学　校: 浙江师范大学
专　业: 分析化学
关键词: ZnSe量子点 谷胱甘肽 ZnxCd1-xSe量子点 水相体系 N-乙酰基-L-半胱氨酸
分类号: O614.241
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


量子点有着优异的发光性能和光学稳定性等优点,比如尺寸可调的荧光发射、窄且对称的发射光谱、宽且连续的吸收光谱、抗光漂白性等,不仅可以作为持久标记成像的荧光探针用于生物医学领域,还可用于光发色二极管、太阳能电池等方面,吸引了物理、生物、化学、医学等多个领域的专家致力于量子点的研究。量子点的制备分为在有机相中制备和在水相中制备,近年来,有报道在有机相中制备了不含Cd等有毒金属发蓝光的ZnSe量子点,以及可以通过改变Zn2+与Cd2+物质量之比调节其在蓝绿光区的最大荧光发射波长而且光学性能稳定的ZnxCd1-xSe混晶量子点。但是有机相中制备的量子点存在尺寸偏大、油溶性不能直接应用于生物体内、表面改性后处理影响荧光量子产率等缺点。本论文主要研究在水相中制备发光区域在蓝绿光区,光学性能稳定的ZnSe量子点和ZnxCd1-xSe量子点,实验包括以下3部分：1.实验中选用还原型谷胱甘肽(GSH)做保护剂,通过优化前驱体的pH、温度、Zn:Se:GSH的物质的量之比、回流时间等条件制备出光学性能稳定的ZnSe量子点,并作平行实验讨论量子点生长机理以及有氧和无氧紫外光照对荧光性能影响的机理探讨,通过XRD和TEM进行量子点粒径尺寸和内部形态表征。2.在第一部分制备发光性能优异的ZnSe量子点的基础上,加入适量CdCl2继续加热回流2小时制备ZnxCd1-xSe量子点。调节Cd/Zn物质的量之比获得最大荧光发射波长λem范围在410～470nm的ZnxCd1-xSe量子点,当Cd/Zn物质的量之比为0.8时,通过观察不同回流时间下ZnxCd1-xSe量子点的紫外吸收和荧光发射光谱变化,对ZnxCd1-xSe量子点生长机理进行讨论,通过XRD和TEM表征得到量子点尺寸在2～3nm,未经任何后处理的量子点荧光量子产率达16%。3.选用N-乙酰基-L-半胱氨酸(NAC)做保护剂,一步法制备发光区域在蓝绿光区的ZnxCd1-xSe量子点。NAC作为半胱氨酸的衍生物,比GSH和L-半胱氨酸具有更好的生物兼容性和水溶性,另外还具有绿色环保、价格低廉、不易挥发等优点。通过调节前驱体中加入ZnCl2和CdCl2的物质的量之比实现最大荧光发射波长λem范围在410～510nm,半峰宽为35～40nm；紫外灯光照处理后,ZnxCd1-xSe量子点(x=0.97,0.95,0.93,0.90,0.89)荧光量子产率均有大幅提高,量子点溶液可在冰箱内保存数月未出现团聚现象,具有良好的光学稳定性。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章 绪论  10-32
  1.1 量子点  10
  1.2 量子点的相关概念  10-12
  1.3 量子点的基本特征  12-13
    1.3.1 量子尺寸效应  12
    1.3.2 表面效应  12
    1.3.3 小尺寸效应  12-13
    1.3.4 介电限域效应  13
    1.3.5 宏观量子隧道效应  13
  1.4 量子点的发光原理及发光特性  13-17
    1.4.1 量子点的发光原理  14-15
    1.4.2 量子点的发光特性  15-17
  1.5 量子点的制备方法  17-24
    1.5.1 在有机体系中制备  17-21
    1.5.2 在水相体系中制备  21-24
  1.6 提高水相制备量子点光学性能的方法  24-25
    1.6.1 制备核壳结构量子点和选择性沉淀  24
    1.6.2 光活化和表面处理  24-25
  1.7 量子点的光学性能和结构表征方法  25-30
  1.8 课题的提出及主要内容  30-32
第二章 水相制备ZnSe量子点及其表征  32-46
  2.1 引言  32
  2.2 实验部分  32-33
    2.2.1 实验试剂  32-33
    2.2.2 实验仪器  33
  2.3 实验过程  33-34
    2.3.1 制备NaHSe  33
    2.3.2 制备ZnSe量子点  33-34
    2.3.3 ZnSe量子点光照处理  34
    2.3.4 ZnSe量子点表征前处理  34
  2.4 实验条件优化  34-44
    2.4.1 前驱体pH值对ZnSe量子点光学性质的影响  36-37
    2.4.2 温度对ZnSe量子点光学性质的影响  37-39
    2.4.3 Zn/Se物质的量对ZnSe量子点光学性质影响  39
    2.4.4 GSH/Zn物质的量对ZnSe量子点光学性质影响  39-40
    2.4.5 回流时间对ZnSe量子点光学性质的影响  40-42
    2.4.6 有氧和无氧紫外光照对ZnSe量子点光学性质的影响  42-44
  2.5 XRD和TEM表征  44-45
  2.6 结论  45-46
第三章 两步法水相制备Zn_xCd_(1-x)Se量子点及其表征  46-55
  3.1 引言  46-47
  3.2 实验部分  47
    3.2.1 实验试剂  47
    3.2.2 实验仪器  47
  3.3 实验过程  47-48
  3.4 结果与讨论  48-53
    3.4.1 回流时间对Zn_xCd_(1-x)Se量子点光学性质的影响  48-50
    3.4.2 Cd/Zn物质的量之比对Zn_xCd_(1-x)Se量子点光学性质的影响  50-52
    3.4.3 XRD和TEM表征  52-53
  3.5 本章小结  53-55
第四章 一步法水相制备Zn_xCd_(1-x)Se量子点及其表征  55-67
  4.1 引言  55
  4.2 实验部分  55-56
    4.2.1 实验试剂  56
    4.2.2 实验仪器  56
  4.3 实验过程  56-58
    4.3.1 制备NaHSe  56
    4.3.2 制备Zn_xCd_(1-x)Se  56-57
    4.3.3 Zn_xCd_(1-x)Se量子点表征前处理  57-58
  4.4 结果与讨论  58-66
    4.4.1 pH对Zn_XCd_(1-x)Se量子点光学性质的影响  58-59
    4.4.2 温度对Zn_xCd_(1-x)Se量子点光学性质的影响  59-60
    4.4.3 Zn~(2+)/Cd~(2+)物质的量之比对Zn_xCd_(1-x)Se量子点光学性质的影响  60-63
    4.4.4 保护剂对Zn_xCd_(1-x)Se量子点光学性质的影响  63-66
    4.4.5 TEM表征  66
  4.5 本章小结  66-67
参考文献  67-78
致谢  78-79
攻读学位期间发表的学术论文  79-80

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 无机化学 > 金属元素及其化合物 > 第Ⅱ族金属元素及其化合物 > 锌副族（ⅡB族金属元素） > 锌Zn
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