AgInS_2量子点的合成与应用研究进展

近年来,Ⅰ—Ⅲ—Ⅵ族三元量子点AgInS_2具有发光波长随尺寸组分可调、荧光寿命长、Stokes位移大、在可见光区和近红外区吸光系数大等优异的光电性能。与含Cd、Hg等有毒元素的量子点相比,AgInS_2量子点毒性低、绿色环保,在生物医学应用中前景广阔。总结了近几年国内外关于AgInS_2量子点研究的最新成果,对其合成方法与应用进行了概述。     

磷化铟量子点合成的研究进展

综述了磷化铟量子点合成研究的最新进展。由于磷化铟量子点材料具有低毒性(不含铅镉等重金属有毒性元素),且具有优异的发光性质(如荧光发光峰在可见至近红外发光范围内可调,荧光量子产率高,稳定性好),在新型发光器件、显示器件、光检测器件和生物荧光成像中有广泛的应用前景。经过近三十年的发展,磷化铟量子点的合成研究取得了长足的进步,其光学性质已经可以和Ⅱ-Ⅵ和Ⅳ-Ⅵ族量子点材料的性能参数相媲美。围绕如何开发和优化磷化铟量子点的合成策略,提高材料的光学性能这一主题进行介绍,分别从磷化铟量子点的体相成分、表面配体、核壳结构的调控及优化等方面进行了阐述。最后对磷化铟量子点材料的目前合成研究存在的问题和未来趋势进行展望。     

InP量子点的掺杂及其光学性能

采用原位成核掺杂法合成了Li、Zn金属离子掺杂的InP量子点(分别记为Li: InP和Zn: InP), 并研究了掺杂剂对量子点的结构、尺寸和光学性能的影响。研究结果表明, Li⁺、Zn²⁺掺杂的InP量子点结晶度较高且尺寸均匀。虽然Li⁺掺杂未引起InP量子点的结构发生变化, Li⁺未进入InP晶格, 但是抑制了InP量子点的成核与长大, 使其吸收谱和荧光谱均发生大幅度的蓝移。Zn掺杂同样也抑制InP量子点的成核与长大, 并且形成InP/Zn₃P₂/ZnO复合核壳结构, 显著增强了InP量子点的荧光, 尤其是当Zn掺杂浓度(Zn/In原子比)为0.2时, InP量子点的荧光强度增加近100多倍, 这对短波长InP量子点的合成具有一定的参考价值。     

Ⅱ-Ⅵ族量子点掺杂玻璃的光学性质及研究进展

由于量子限域效应,尺寸可调的Ⅱ-Ⅵ族量子点掺杂玻璃在光学滤波片、非线性光学器件上的应用已经被广泛研究。玻璃中量子点的光学性质主要由量子点的尺寸、表面状态和周围基质环境决定,通过提高Se/Cd比可以有效地对量子点的表面缺陷进行钝化,实现CdSe量子点的本征发光;进一步调整热处理制度可以促进Zn离子扩散进入CdSe量子点表面,形成CdSe/Cd_(1-x)Zn_xSe核壳结构,使得缺陷发光几乎完全猝灭,从而提高量子点的荧光量子效率;在玻璃中原位合成的CdS/ZnS核壳结构量子点的荧光量子效率可达到53%。随着基础研究中玻璃中Ⅱ-Ⅵ族量子点荧光效率的不断提高,发光二极管(LED)等小型发光器件的制造成为可能。为了满足实际需要,建立核壳结构中量子点表面钝化机理模型,进一步优化量子点荧光效率是下一步需要解决的问题。     

AgInS2量子点调控及其在WLED应用上的研究进展

AgInS₂量子点是一种有趣的材料,其近红外带隙范围从1.87到1.98 eV,作为直接带隙半导体,它能通过调节Ag/In比例来调节带隙,它还具有较宽的PL峰和较大的Stokes位移,同时低毒环保的特性也使它成为有望替代含Cd、Hg和Pb等重金属元素的二元量子点的理想材料,在光电器件领域尤其在发光二极管中有着广泛的应用前景。本文详细阐述了AgInS₂量子点晶体结构和发光机制,总结了其合成方法的特点并综述了通过壳体工程和掺杂的方法对AgInS₂量子点进行调控的策略,最后介绍了该类量子点在发光二极管方面的应用进展。     

Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体量子结构材料和器件的研究与发展

简要介绍了量子结构材料与器件中的基本概念,重点介绍了量子结构的定义和量子尺寸效应的能带裁剪工程.以Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体为例,介绍了量子尺寸效应对于激子束缚能的影响.以此为基础,综述了Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体量子阱、量子点等量子结构材料以及量子结构器件在光电探测、发光器件与太阳能电池领域的研究现状,并总结了Ⅱ-Ⅵ族化合物半导...     

水溶性CdHgTe合金量子点的制备与表征

以巯基乙酸为稳定剂, 在水溶液中加热CdCl₂、HgCl₂ 和 NaHTe的混合物直接合成CdHgTe合金量子点. 分别用荧光光谱、红外光谱、X射线衍射及透射电镜对其光谱性能、表面基团和结构形貌进行了表征. 结果表明, 合金量子点的发射波长在536到688 nm范围内连续可调, 掺杂后量子点的发射光谱变宽, 半高峰宽为70~90 nm; CdHgTe的荧光量子产率介于1.5%到6.7%之间; 巯基与CdHgTe量子点表面的Cd²⁺离子发生键合, 而使巯基乙酸结合于量子点表面; 合金量子点具有闪锌矿结构; 量子点分散性好, 形貌呈颗粒状.     

Te4+掺杂Cs2InCl5·H2O单晶的光学测温应用(英文)

本文设计合成了一种Te⁴⁺离子掺杂的Cs₂InCl₅·H₂O单晶,该单晶在紫外光激发下发射明亮橙光.未掺杂的Cs₂InCl₅·H₂O单晶几乎没有发光现象,但Te⁴⁺掺杂的Cs₂InCl₅·H₂O单晶,发射峰位于660 nm,并伴随着大的Stokes位移和宽的发光半峰宽(180 nm).结合变温荧光光谱以及飞秒瞬态吸收光谱等表征,揭示了其发光机理为自陷激子发光.零维结构中的强电声耦合以及软晶格有利于形成并稳定自陷激子.特别地,由于Te⁴⁺离子的最外层电子结构为5s²,对温度变化较为灵敏, Te⁴⁺离子掺杂的Cs₂InCl₅·H₂O单晶的发光寿命表现出了非常强的温度依赖性,发光寿命从80 K下的6μs缩短至380 K下的1...     

基于绿色天然物质合成荧光碳点及其性质和应用综述

由于荧光显微技术、激光技术和纳米技术的快速发展,荧光纳米材料在生物医药研究和应用方面也越来越重要。传统的荧光材料包括小分子、共轭聚合物等,被广泛应用于生物成像、生物标记诊断、荧光检测等领域。20世纪,随着纳米科学的出现,一种新型的荧光材料——量子点开始进入人们的视野。传统的量子点主要由Ⅱ-Ⅵ、Ⅲ-Ⅴ族元素组成(如Cd、Te等),故称为半导体量子点,由于传统半导体量子点的主体为半导体,在生物安全和环境污染方面存在隐患,从而限制了量子点的应用和发展。自2004年首次发现荧光碳点以来,碳点就一直受到国内外学者的广泛关注。碳点一般指尺寸小于10 nm,具有准球形的结构,能稳定发光的一种纳米碳。与其他碳纳米材料相比,碳点具有独特的发光性质,即发光具有尺寸和波长依赖性。同时,碳点发光克服了有机染料发光不稳定、易光漂白等缺点。此外,碳点易制备且原材料来源广泛、价格低廉。碳点的细胞低毒性对于其在生物领域的应用至关重要,因此,受到了研究者的极大重视。由于碳点不含重金属元素,因此不具有无机半导体量子点的高毒性,可应用到生物成像以及荧光靶向定位领域。最近几年更是掀起了以绿色天然物质为碳源合成荧光碳点的研究热潮。合成此类碳点的优势在于其原料廉价、可再生,适合大规模制备,减少了与化学物质的接触,绿色环保。目前主要报道的原料集中在蔬菜、水果,植物花瓣和果实等,大部分天然物质均含有糖类、蛋白质等成分,从而在合成过程中自我钝化形成异元素掺杂碳点,使其光学性能优异并被广泛应用。但目前报道的此类碳点发光主要集中在短波长且荧光量子产率较低,发光机理尚未明确。本文基于绿色天然物质合成的荧光碳点的最新研究进展,总结了此类碳点的主要合成方法、表征方法、性质以及在离子传感、生物传感与检测、生物成像等领域中的应用,分析总结了此类碳点的优点和缺点,最后展望了基于绿色天然物质合成的荧光碳点在药物载体及药物传递、靶向治疗疾病等研究领域的发展方向。     

Gd2O3下转换发光材料的制备及光学性能研究

通过溶胶-凝胶法制备了Er³⁺/Yb³⁺双掺杂的Gd₂O₃下转换发光材料,按照掺杂摩尔百分比n(Gd³⁺)∶n(Er³⁺)∶n(Yb³⁺)=100∶2:x（x=0,3,6,9）调整Yb³⁺的掺杂比例,通过XRD、SEM、荧光光谱和荧光衰减研究了Er³⁺/Yb³⁺双掺对Gd₂O₃发光材料晶体结构、微观形貌、发光性能和量子传递效率的影响。结果表明,Er³⁺/Yb³⁺的掺杂没有改变Gd₂O₃的晶体结构,但使样品的特征衍射峰出现了高角度偏移;所有样品的晶粒尺寸约为65～85 nm,均属于纳米材料;随着Yb³⁺掺杂量的增加,样品在可见光区域和近红外光区域的衍射峰强度均表现出先升高后降低的趋势,其中2Er:3Yb掺杂比例的Gd     

Co2+掺杂水溶性ZnS量子点的制备及其光致发光性能

采用共沉淀法,以3-巯基丙酸为表面修饰剂,成功制备出Co2+掺杂水溶性ZnS量子点。采用X射线衍射仪、透射电子显微镜、原子发射光谱仪、紫外-可见吸收光谱仪和荧光分光光度计等,研究了Co2+掺杂剂及掺杂量对ZnS量子点的晶体结构、形貌和发光性能等的影响。结果表明:所得产物均为ZnS立方型闪锌矿结构,量子点呈不规则球形,粒径主要集中在5.2 nm左右;掺杂样品发红色荧光,发光性能明显增强,属于Co2+形成的杂质能级(4A1—4T1)与缺陷的复合发光。同时,利用红外吸收光谱对Co2+掺杂水溶性ZnS量子点的形成机理进行了初步探讨。     

量子点的毒性研究进展

量子点是由Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族元素构成的半导体纳米晶体.由于量子点具有很强的光电发射效应和光稳定性,被广泛应用于生物医学领域,介绍了量子点在医学检测、药物研究、医学成像、生物芯片及溶液矩阵等方面的应用.阐述了量子点的毒性机理,总结了量子点理化性质和环境因素对量子点毒性的影响.     

CaF2:Yb3+/Er3+/X(X= Li+, Na+, K+)近红外二区发光性能研究

利用热分解法制备了CaF₂:Yb³⁺/Er³⁺纳米颗粒,通过改变Yb³⁺和Er³⁺的掺杂浓度对其近红外二区(NIR-II)发光性能进行调节,研究结果表明,当Yb³⁺掺杂浓度为20%,Er³⁺掺杂浓度为2%时,在980 nm光源激发下,NIR-II发光性能最强,且纳米颗粒分散性良好,尺寸均匀。然后,进一步研究了不同的碱金属离子(Li⁺、Na⁺、K⁺)共掺杂对其NIR-II发光性能的影响,研究结果表明,Li⁺掺杂因不利于纳米颗粒成核导致NIR-II发光性能降低,Na⁺和K⁺掺杂均有利于NIR-II发光性能提升。相比而言,K⁺离子半径更大,更有利于破坏晶体场的局部对称性,因此,在K⁺共掺杂的情况下NIR-II发光性能最强。     

Ⅱ-Ⅵ族材料在叠层太阳能电池中的应用

Ⅱ-Ⅵ族材料ZnSe、CASe、ZnTe、CdTe等具有禁带宽度大,少子寿命对位错不敏感等优点,可以作为一种新的材料体系应用于叠层太阳能电池中.此类材料既能够与铜铟镓硒电池、Ⅲ-V族材料、单晶Si等相结合,也可将不同的Ⅱ-Ⅵ族材料相结合制备多结电池.本文介绍了上述几种思路的理论及实验研究现状,以及 Ⅱ-Ⅵ族材料顶电池的研究进展;同时分析了阻碍Ⅱ-Ⅵ族半导体材料应用的单极性掺杂问题,介绍了提高掺杂水平可能的途径.     

Zn2+掺杂诱导Eu3+激活BiOCl层状半导体的反常发光性能研究

采用固相法在500℃下成功制备Zn²⁺掺杂BiOCl:Eu³⁺层状半导体, 并研究了Zn²⁺ (0~20mol%)掺杂对Eu³⁺激活BiOCl层状半导体发光性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、激发-发射光谱、荧光寿命衰减曲线对样品的结构和性能进行表征。研究发现, 随Zn²⁺掺杂浓度增大, BiOCl晶体结构不变, Eu³⁺荧光寿命延长, 但发光强度却出现先减后增的反常现象。综合分析表明这可能与BiOCl特殊的层状结构有关。通过XRD和XPS的表征可以推断: 当Zn²⁺掺杂浓度≤10mol%, Zn²⁺在BiOCl中掺杂方式以晶胞层间隙掺杂为主; 当Zn²⁺掺杂浓度>10mol%后, 掺杂方式逐渐向取代掺杂转变。两种掺杂机制对Eu³⁺荧光寿命的改变以及形成缺陷对基质能量传递效率的影响可能是形成上述反常现象的主要原因。研究结果有助于认识稀土掺杂层状半导体的发光性能及影响规律, 并对Eu³⁺掺杂BiOCl这类新型发光材料的开发设计具有指导意义。     

高质量水溶性CdTe量子点的合成与表征

以CdCl2和TeO2为原料,硼氢化钠为还原剂,采用水相合成法制备巯基丁二酸稳定CdTe量子点。研究了反应时间、碲和镉的物质的量之比等实验条件对CdTe量子点发光性能的影响,并用X射线粉末衍射、透射电镜、红外光谱、紫外-可见吸收光谱和荧光光谱等分析技术对其进行表征。实验表明,合成的量子点为立方晶型,颗粒大小分布均匀。反应时间及碲和镉的物质的量之比对量子点的发光性能有明显影响,随着反应时间的延长,量子点的吸收与荧光光谱都向长波方向移动,在pH值为10.5的碱性条件下,当n(Cd)∶n(Te)∶n(MSA)=1∶0.05∶1.4时,在5h的时间内可获得发绿色到红色荧光的量子点,最高荧光量子产率为70.3%。     

氮掺杂碳量子点的合成、表征及其在细胞成像中的应用

以葡萄糖和甘氨酸为混合碳源,在较低温度下经水热法一步合成了氮掺杂的荧光碳量子点(N-CQDs),然后对氮掺杂碳量子点的形貌、结构、组成、光学性质和细胞毒性进行了表征,最后将其应用于细胞成像。实验结果表明,对碳量子点进行氮掺杂能有效提高其荧光量子产率,其荧光增强是由于表面形成了大量强供电子基团,当葡萄糖和甘氨酸的质量比为2∶1时能获得最高为6.57%荧光量子产率。氮掺杂碳量子点还具有水溶性好、粒度均匀、优异的光致发光性质、低的细胞毒性、多波长成像等诸多优点,有望作为荧光探针应用于细胞成像等领域。     

基于磁性1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚的金属离子去除剂的制备研究

利用1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(PAN)与金属离子形成络合物,再采用共沉淀法,加入Fe³⁺和Fe²⁺,使其形成具有磁性的Fe₃O₄-PAN-Mⁿ⁺;以水合肼为还原剂,将金属离子还原制备Fe₃O₄-PAN-M^0,再采用磁铁将其从待测体系中进行富集和分离,简化了分离的过程。该产物有望进一步用于环境体系中的有机小分子监测。     

Mn~(2+)掺杂水溶性ZnS量子点的制备及其光致发光性能

采用共沉淀法,在3-巯基丙酸(MPA)为表面修饰剂下,成功制备出Mn2+掺杂水溶性ZnS量子点。利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、紫外-可见吸收光谱仪和荧光分光光度计等表征方法研究了Mn2+掺杂剂及掺杂量对ZnS量子点的晶体结构、形貌和发光性能等的影响。结果表明,所得产物为ZnS立方型闪锌矿结构,样品呈不规则球形,粒径主要集中在9.7nm左右;在320nm激发下,Mn2+掺杂ZnS量子点出现两个发射波峰,分别位于587和637nm处,其中587nm处的发射波峰为ZnS表面态缺陷发光,而637nm处的发射波峰则属于Mn2+∶4T1-6A1能级特征发光。同时,利用红外吸收光谱对Mn2+掺杂水溶性ZnS量子点的形成机理进行了初步探讨。     

离子液体辅助微波法水相合成Cu-In-Zn-S/ZnS量子点及其在白光LED中的应用

Cu-In-Zn-S(CIZS)量子点具有毒性低、发射谱覆盖范围广、Stokes位移大等特点, 在照明领域具有广阔的应用前景。通过离子液体辅助微波法水相合成CIZS量子点, 系统研究了反应时间、配体添加量和前驱体溶液pH对样品的物相组成、显微形貌以及荧光性能的影响。结果表明, 与未添加离子液体制备的样品相比, 离子液体的引入提高了反应速率, 可有效地将反应时间由180 min缩短至30 min; 随着反应时间的延长, 量子点的粒径增大, 其发射峰位由609.2 nm红移至634.6 nm。随着n_{GSH(谷胱甘肽)}/n_(CuInZn)的增大, 量子点的粒径逐渐增大, 导致其发射峰位由622.6 nm红移至631.6 nm, 同时量子点的发光强度逐渐增强; 当该比值为15时, 量子点的荧光强度最高。此外, 随着pH的增大, 去质子化的-SH和-NH₂与量子点的作用逐渐增强, 有效地钝化了量子点的表面态, 使其荧光强度逐渐上升, 当pH为8.5时, 样品的荧光性能最佳, 同时量子点的平均水合粒径由99 nm增大至241 nm; 量子点溶液的Zeta电位为-27.7~-41.1 mV, 说明量子点溶液具有优异的稳定性。通过ZnS表面修饰可有效提高量子点的荧光强度。将CIZS/ZnS量子点与蓝光芯片结合, 获得了显色指数为85.6、发光效率为34.8 lm/W的白光LED器件, 为水相制备的多元量子点在白光LED中的应用提供了参考。