内部掺杂型水溶性ZnSe量子点的制备

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近年来,传统的Cd类量子点已经被广泛的研究。但是大量实验事实证明,只要有些微的Cd泄漏,就会造成生物体致命的伤害,含有Cd的产品最终也会导致环境问题。此外,传统的Cd类量子点的荧光可在黄红范围内调节,而不能发出蓝光。而用Zn代替Cd制备ZnSe类量子点,不仅对生物体无毒无危害,而且其体材料禁带宽度大(室温下2.7eV约456nm),是理想的蓝光半导体材料,因而引起了学者们极大的兴趣。  内部掺杂型水溶性ZnSe量子点在生物学、LED等方面是一种很有应用前景的量子点。本论文的目的就是制备出性能稳定的内部掺杂型ZnSe量子点。根据文献报道,内部掺杂型水溶性Cu:ZnSe量子点在空气中表现出很差的化学稳定性,限制了该种量子点的应用。于是针对该种量子点的稳定性差的现象,我们设计了一些实验找出其稳定性差的原因,以及Cu:ZnSe量子点在保存时出现不同现象的原因。研究发现光生空穴出现在量子点表面的概率决定了ZnSe和Cu:ZnSe量子点的稳定性。Cu杂质的存在增加了空穴出现在量子点表面的概率,从而使量子点表面配体更易被氧化,加速了Cu:ZnSe量子点的分解,因而Cu:ZnSe量子点的稳定性相比ZnSe更差。同时,还指出了量子点在贮存过程中出现的三个阶段性现象是与溶液中的Zn-MPA复合物存在的形式相关的。最后我们还说明了溶液中pH值变化的原因。采取一些措施,使空穴出现在量子点表面的概率降低,例如将Cu杂质远离量子点表面,或者将量子点放在无氧环境中等方法,可以显著地改善Cu:ZnSe量子点的稳定性。  基于Cu:ZnSe稳定性差的机理,我们设计并制备了一种新的内部掺杂型水溶性ZnSe量子点,目的是为了使其具有较强的稳定性。我们选取Ag+作为杂质离子,杂质能级所处的位置使得Ag杂质更易俘获电子,从而使量子点表面更易出现电子,降低了空穴出现在量子点表面的概率,因而可以获得更好的光化学稳定性。实验采用了生长掺杂的方法进行内部掺杂,考察了Ag/Zn比例和pH值等因素对制备Ag:ZnSe量子点的影响,结果表明Ag/Zn比例在1%~3.5%,pH值在7.7~8.7时可以制备出荧光光谱较好的Ag:ZnSe量子点,且发光较强。为了考察了制备好的量子点的光化学稳定性,将量子点溶液在有氧且在紫外光持续照射下贮存,Ag:ZnSe量子点的稳定时间大约为200小时,比内部掺杂的Cu:ZnSe量子点(17小时)和纯ZnSe量子点(65小时)要长得多。此外,我们还将制备好的Ag:ZnSe量子点做了简单的应用。
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