巯基包裹的量子点的生长及光功能性薄膜的制备研究

• 作 者: 张如定
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 量子点 生长机制 巯基包裹 光功能性薄膜 光学性质

半导体量子点（Quantum Dots），作为新型的荧光纳米材料，由于具有许多独特的光学性质，如发射谱峰窄且对称、荧光发光效率高、斯托克斯位移大、抗光漂白且发射光谱可通过改变量子点的尺寸和组分来随意调节等优点，并在荧光传感检测及光学发光领域展现极其广阔的应用前景，因而受到了人们的广泛关注和研究。　　尽管量子点因其优良的光学性质在诸多领域具有广泛的应用，但仍然面临着很多需要进行研究和解决的问题。理解量子点的生长规律和习性，有助于对量子点的尺寸和形貌实现可控性制备，从而对于深入理解量子点材料的性质有极其重要的意义，而目前对量子点的生长机理的研究偏少并且不够深入，另一方面，拓展量子点与其它材料形成的复合材料体系及开发它们的应用，对于丰富量子点基复合材料体系也是很有必要的。基于此，本论文先对巯基丙酸包裹的Ag2S量子点的生长机制进行了深入地探索和研究，此外根据层层自组装构筑策略，制备了以CdTe量子点和ZIF-8为构筑单元的复合荧光薄膜，并重点研究了CdTeQDs/ZIF-8复合薄膜在传感检测和多色发光显示方面的应用。论文完成的主要工作如下:　　以巯基丙酸为包裹剂，采用水相共沉淀法制备了巯基丙酸包裹的Ag2S量子点前驱体。利用X射线衍射和透射电镜及选区电子衍射等表征手段，证实初始Ag2S量子点主要是以无定形相形式存在。随后，设计了初始Ag2S量子点在两个温度下（125℃和150℃）的水热生长实验，研究发现Ag2S量子点是以纳米颗粒聚集为基础的方式进行生长和结晶的。颗粒尺寸分析和动态光散射表征结果表明，Ag2S量子点尺寸从初始～2-5 nm（无定形）通过聚集生长方式突然增大到～12-15 nm（纳米晶）。红外半定量分析结果表明，伴随着Ag2S量子点生长结晶相变过程，Ag2S量子点表面的巯基丙酸分子经历了快速脱附和吸脱附平衡的状态变化。此研究对深入理解量子点乃至相关纳米材料的生长行为和规律提供了重要的经验和理论指导。　　继续选用巯基丙酸为包裹剂分子，首先合成巯基丙酸稳定的CdTe量子点前驱体溶液。在前面对量子点生长机制的研究经验基础之上，对CdTe量子点前驱体溶液进行加热生长，通过调节不同生长时间，分别得到了两种尺寸的CdTe量子点(～2.47 nm和～4.58 nm)。以CdTe量子点和ZIF-8为薄膜构筑单元，采用层层自组装技术成功构筑了两种单色CdTeQDs/ZIF-8复合荧光薄膜。一方面，根据ZIF-8薄膜的孔道尺寸的限制效应，将CdTe QDs/ZIF-8薄膜用于分子尺寸选择性传感检测研究，成功实现了对双氧水分子和叶酸分子的选测性检测。另一方面，分别将两种尺寸CdTe量子点和ZIF-8集成到同一块复合薄膜中，通过调节组装序列、循环层数及两种尺寸CdTe量子点的比例，构造出了一系列发光颜色在绿光到红光区域可连续调节的多色发光薄膜。研究结果表明，这种新型的复合薄膜有望在分子尺寸选择性的传感和光学显示器件等领域有潜在的应用前景。