CdSe量子点及FeO/CdSe复相量子点的制备与性能表征

摘要

半导体量子点独特的光学性能使其在光电器件、生物成像、荧光标记等领域具有广阔的应用前景，而磁性纳米微粒在核磁共振成像、药物载体等方面也具有重要的应用价值。量子点和磁性微粒单独使用时只能提供给人们一种功能，如果能制备兼具量子点发光性能和纳米磁性微粒磁性能的量子点/磁性微粒复合物，则可以大大拓展量子点和磁性纳米微粒的应用范围，相关研究具有重要的科学研究价值和广泛的生物医学应用前景。
　　 本文采用金属有机化合物高温热分解方法合成CdSe量子点、Fe3O4磁性纳米微粒及Fe3O4/CdSe复相量子点，采用紫外－可见光谱(UV-Vis)、荧光光谱(PL)、透射电子显微镜(TEM，HRTEM)、X-射线衍射分析(XRD)、多功能材料物理特性测量系统(PPMS)等测试手段，表征合成产物的物相、光学、磁学性能。重点研究了反应时间、Cd：Se比、配体对CdSe半导体量子点及复合物发光性能、颗粒形貌等的影响，并对长时间反应条件下CdSe量子点发光性能变化起因进行了较为详细的研究和分析。
　　 对影响尺寸的反应参数研究结果表明，反应时间和Cd：Se比等参数可以作为CdSe量子点尺寸的重要调控手段。随着反应时间的增加，CdSe量子点的吸收和发射峰位均往长波方向移动，量子点尺寸不断增大；在相同反应时间条件下，Cd：Se比越小，则量子点尺寸越大。随反应时间的延长，不同Cd：Se比合成量子点的量子产率都呈现先增大后减小的趋势；且Cd：Se比越小，发生量子产率下降的反应时间越短。
　　 研究发现，在较长时间制备的CdSe量子点样品(cd：Se=1：2)的发射图谱中出现双峰现象，结合TEM结果分析判定此现象发生的主要原因如下：当延长反应时间，进入到颗粒生长的熟化区后，部分晶粒发生异常长大，导致反应体系中存在不同尺寸分布的量子点.晶粒异常长大的过程可能为：①随反应时间的增加，体系单体浓度降低，晶粒发生Ostwald熟化，小颗粒消失变成大颗粒。②部分大颗粒间发生粘连和团聚，尺寸快速长大。
　　 对CdSe量子点的形貌调控及其与发光性能关联规律的研究表明，采用TDPA作为配体，对Cd前驱液进行保温处理有利于获得柱状量子点；在一定的长径比范围内，柱状量子点的发光性能优于球状量子点。
　　 Fe3O4磁性颗粒合成的实验结果表明，将金属有机化合物Fe(acac)3，在1，2十二烷二醇、油酸、苄基醚、ODA有机配体和溶剂存在条件下，通过高温热分解反应可以获得单分散性好、结晶度高的Fe3O4磁性颗粒，颗粒平均尺寸约为6—8nm；在室温下显示超顺磁性，饱和磁化强度约为51.4emu/g。
　　 采用两步法合成Fe3O4/CdSe复相量子点的研究表明，通过Fe3O4纳米磁性微粒作为异相成核界面生长CdSe量子点的途径，可以获得同时具备发光和磁性能的量子点/磁性微粒复合物。复相量子点具有优异的发光性能：如发射峰窄(最窄半高宽约28nm)，荧光量子产率高(未经特殊钝化处理，最高达27.8％)，室温下显示超顺磁性，饱和磁化强度约为0.92emu/g。在目前的合成反应条件下，结合HRTEM等测试结果分析认为，Fe3O4/CdSe复相量子点可能存在两种形成机制：一种是以磁性微粒作为异相成核界面，通过共格面形成异质结构体；另一种是通过Fe3O4与CdSe表面有机配体的相互作用，形成中心为Fe3O4颗粒、外层为CdSe量子点的“类双分子层结构”。
　　 通过改变反应时间和Cd：Se比对Fe3O4/CdSe复相量子点发光性能的研究表明：随着反应时间的增加，样品吸收、发射峰位均向长波方向移动，表明随反应生长时间增加，CdSe量子点不断长大；不过当其尺寸长大到一定程度时，受晶格应变等条件限制将停止长大。在相同的反应时间条件下，改变Cd：Se比虽然对复相量子点荧光发射峰位影响不大，但对产物的量子产率影响很大。在本实验设计Cd：Se比范围内，随着Cd：Se比的减小，样品量子产率不断提高，最高量子产率约为27.8％。
　　 通过不同配体对Fe3O4/CdSe复相量子点产物的合成和性能研究表明：采用ODA作为表面配体时，可以获得具有优良发光性能的复相量子点；而采用TDPA作为配体时，样品发光性能不佳，这种发光性能的显著差异可能与配体配位作用机制有关。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

第一章 绪论

1.1引言

1.2量子点的性质、发展与应用

1.2.1量子点的定义

1.2.2量子点的研究历程

1.2.3量子点的生物应用

1.3磁性纳米微粒的性质、发展与应用

1.3.1磁性纳米微粒的性质

1.3.2磁性纳米微粒的研究历程

1.3.3磁性纳米微粒的生物应用

1.4荧光磁性复相量子点的定义、制备与应用

1.4.1荧光磁性复相量子点的定义

1.4.2荧光磁性复相量子点的制备

1.4.3荧光磁性复相量子点的生物应用

1.5本文研究目的及主要内容

第二章 实验方法及过程

2.1引言

2.2实验原料和装置

2.2.1实验原料

2.2.2实验装置

2.3样品制备

2.3.1 CdSe量子点的制备

2.3.2 Fe3O4磁性纳米颗粒的制备

2.3.3 Fe3O4／CdSe复相量子点的制备

2.4表征方法

2.4.1紫外-可见光谱(UV-Vis)

2.4.2荧光光谱(PL)

2.4.3荧光量子产率(PL QY)

2.4.4 X射线衍射(XRD)

2.4.5透射电子显微镜(TEM)

2.4.6高分辨透射电子显微镜(HRTEM)

2.4.7多功能材料物理性能测试系统(PPMS)

第三章 CdSe量子点制备及性能研究

3.1引言

3.2 CdSe量子点的制备

3.3结果与讨论

3.3.1反应时间对量子点发光性能的影响

3.3.2 Cd：Se比对量子点发光性能的影响

3.3.3配体对量子点发光性能及形貌的影响

3.4本章小结

第四章 Fe3O4磁性纳米微粒制备及性能研究

4.1引言

4.2 Fe3O4磁性纳米微粒的制备

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 Fe3O4／CdSe复相量子点制备与性能表征

5.1引言

5.2 Fe3O4／CdSe复相量子点的制备

5.3结果与讨论

5.3.1反应时间对复相量子点发光性能的影响

5.3.2 Cd：Se比对复相量子点发光性能的影响

5.3.3 Fe3O4／CdSe复相量子点的磁性

5.3.4配体对复相量子点合成影响

5.4本章小结

第六章 结论

参考文献

硕士期间发表论文