高效、稳定Ⅱ-Ⅵ族量子点发光二极管(LED)的研究进展

量子点具有核-壳型的基本结构,它的发光效率及色纯度高。因具有优异的性能和可控合成的优点,Ⅱ-Ⅵ族量子点在发光二极管(light-emitting diode,LED)中的应用研究最为丰富。为了制备高效、稳定的量子点LED,量子点的结构、器件结构和载流子传输层都需要进行设计和优化。如今,量子点LED的效率已接近OLED,但它的发展仍存在挑战。     

核-壳结构CdSe/ZnS量子点的制备、硫醇修饰及其光学性能

采用高温有机相包覆技术制备了CdSe/ZnS核壳结构量子点材料,考察了包覆量对量子点材料的光学性能的影响,研究了含脂肪链和芳香基的双硫醇分子1,4-苯二甲硫醇和1,8-辛二硫醇对于具有核-壳结构的CdSe/ZnS量子点材料的修饰作用,考察了修饰作用对于量子点的量子效率和荧光强度等光学性能的影响.实验结果表明:随着硫化锌包覆量的增加,量子点的量子效率及其荧光发射强度明显提高;硫醇的修饰能显著增强量子点的发光强度,随着硫醇浓度的增加,其发光性能增强,但是达到一定程度后,光学性能基本不随硫醇浓度的变化而变化.根据固体核磁共振等实验结果推测:硫醇分子可能部分替代了量子点体系中的正三辛基氧膦配体,稳定了量子点体系,对量子点起修饰保护作用,从而提高了量子点的光学性能.     

以太西煤为碳源合成碳量子点用于铁离子检测的研究

以太西煤为碳源,采用硝酸氧化法辅助水热合成了具有绿色荧光的碳量子点(CDs)。该量子点具有良好的稳定性和水分散性,平均尺寸为3.64 nm。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)、紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)、荧光光谱仪等对碳量子点的结构和光学性能进行表征。基于荧光猝灭原理,在最优检测条件下,Fe3+在0.6×10-6~2.5×10-6mol/L及3.0×10-6~21.0×10-6mol/L浓度范围内与CDs的荧光猝灭效率呈良好的线性关系,Fe3+的检出限为6.7×10-7mol/L。     

光致发光胶体量子点研究及应用

胶体量子点材料由于具有激发光谱宽、半峰宽窄、颜色可调和可溶液加工等特点受到广泛关注。经过30多年的发展,量子点材料已实现了"绿色合成路线"和核壳结构设计的优化,部分量子点已可以做到工业化产品生产供应,并已开发出商业化应用的光致发光器件,该系列器件相继应用于LED(light-emitting diode,发光二极管)照明和显示领域。尤其是光致发光量子点器件在显示领域的商业应用,其将色域典型值从传统的72%提高到100%以上,显示色彩更加丰富多彩,吸引了越来越多的产业界厂商参与到量子点应用的阵营中。本文介绍了胶体量子点发光的基本原理、量子点制备及结构设计发展历程、量子点光致发光器件在LED照明和显示领域的应用情况,以及其广阔的应用前景和面临的挑战。     

PAMAM树形分子模板法原位制备CdS-ZnS核-壳结构量子点

以4、5代PAMAM树形分子(64个酯端基)为模板, 在树形分子空腔内原位合成了CdS-ZnS核-壳结构量子点, 并对其形貌和光学性能进行了表征. HRTEM观察发现量子点分散良好, 尺寸均匀, 平均粒径约为2.3 nm. UV-Vis光谱证明ZnS外延生长在CdS核外, EDS能谱也证明了核壳结构的生成. 适当厚度的ZnS壳层可使光致发光效率提高至31%. PAMAM树形分子包在CdS-ZnS核-壳结构量子点外, 构成一层有机壳, 有效地限制了粒子聚集, 钝化了CdS量子点表面, 提高了发光效率. 另外， PAMAM树形分子良好的溶解性也赋予了量子点在不同极性溶剂中良好的溶解性, 提高了其稳定性.     

PGMA-g-EDA梳状聚合物的制备及其对量子点修饰的研究

利用2-溴代异丁酸乙酯(NA)做为引发剂,通过原子转移自由基聚合(ATRP)合成聚甲基丙烯酸环氧丙酯(PGMA).乙二胺(EDA)对PGMA的环氧基团进行开环反应制备具有亲水性质的梳状聚合物PGMA-g-EDA.用核磁共振(1H-NMR),红外光谱(FTIR)及凝胶渗透色谱(GPC)表征了PGMA和PGMA-g-EDA的结构和分子量分布.PGMA-g-EDA聚合物对量子点进行修饰,通过配体交换,制备水溶性的量子点(PGMA-g-EDA-QDs).通过紫外-可见光谱(UV-Vis)及荧光发射光谱(PL)对该量子点进行光学性质的研究,结果表明量子点的结构未被破坏,保持了原量子点的光学性质.用透射电镜(TEM)及动态光散色(DLS)表征,结果表明得到的水溶性量子点尺寸小,分布均匀,无团聚.通过研究量子点对光氧化,化学氧化,耐酸性的研究表明该方法得到的水溶性量子点具有很好的稳定性,并且聚合物的合成和量子点的修饰方法方便简单.     

用CdSe/ZnS量子点提高体异质结有机太阳电池的效率

通过掺杂吸收光谱在可见光波段的量子点可提高聚合物对可见光的吸收,因此掺杂CdSe/ZnS核-壳结构量子点(CQDs)能提高聚(3-己基噻吩):[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(P3HT:PCBM)体异质结太阳电池的能量转换效率.本文研究了CdSe/ZnS量子点在P3HT:PCBM中的不同掺杂比例及其表面配体对太阳电池光伏性能的影响,优化器件ITO(氧化铟锡)/PEDOT:PSS(聚(3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸)/P3HT:PCBM:(CdSe/ZnS)/Al的能量转换效率达到了3.99%,与相同条件下没有掺杂量子点的参考器件ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al相比,其能量转换效率提高了45.1%.     

担载Rh量子点三维石墨烯催化剂可见光催化制氢

利用二维石墨烯易弯曲的特性制备了具有拓扑结构的三维石墨烯(3DGR),并将Rh量子点(Rh QDs)负载于其上得到了三维石墨烯Rh量子点光催化剂,用于光催化制氢反应。由于三维石墨烯具有特殊的拓扑结构,消除了电子在石墨烯层中传递的各向异性,促进了电子进行层间传递,改变了光生电子传递路径,Rh QDs/3DGR催化剂展现出较高的产氢活性和高的稳定性。120 min内累积产氢量为794.2μmol,在520 nm波长下,表观量子效率达到12.6%。该催化剂也具有较高的光电流、较低的过电位(-0.34 V)和较长的荧光寿命(1.37 ns)。     

CdTe量子点-罗丹明6G荧光共振能量转移体系的构建及其应用研究

采用巯基化合物修饰的CdTe量子点构建了量子点(供体)-罗丹明6G(受体)荧光共振能量转移体系, 研究了CdTe量子点与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用. 结果表明, CdTe量子点与BSA相互作用后提高了CdTe量子点-罗丹明6G 体系的荧光共振能量转移(FRET)效率, 减小了CdTe量子点和罗丹明6G分子间的距离(r), 证实BSA是通过其色氨酸(Trp)残基与CdTe量子点表面金属发生配位作用而直接结合到量子点表面的.     

β-HgS量子点的制备、性质及应用

β-HgS量子点因其具有可调谐的可见-近红外荧光和带间荧光而在光转换和荧光成像等多个领域有着广阔的应用前景。本文综述了β-HgS量子点的制备、性质及应用,重点梳理了β-HgS量子点在有机相和水相中的两大类共计五种制备方法,阐述了其不同于块状β-HgS的独特性质,总结了其在离子探测、细胞成像、活体成像、光转换器和荧光油墨等领域的最新应用。最后针对制约β-HgS量子点应用的主要问题(如应用于光转换器件中的转换效率和荧光量子产率不高、应用于生物荧光成像中的特异性识别能力不足和生物相容性较差等),提出了我们的解决方案:一方面,将β-HgS量子点自组装形成特定的纳米结构,以期提高其光转换效率和荧光量子产率;另一方面,通过将手性生物分子引入到β-HgS量子点表面来制备手性β-HgS量子点,以期增强其在体内和体外荧光成像中的特异性识别能力和改善其生物相容性。本文将为β-HgS量子点的发展提供新的思路。     

基于量子点的荧光共振能量转移

研究了具有相反电荷的两种量子点间的荧光共振能量转移.分别以巯基乙酸(TGA)和十六烷基三甲基溴化胺(CTMAB)修饰发射绿色和红色荧光的CdSe/ZnS量子点,使其由油溶性变为水溶性,且表面带相反的电荷,并对修饰后的水相量子点进行琼脂糖凝胶电泳、荧光成像、量子产率等系列表征.对两种量子点间的荧光共振能量转移现象进行研究.结果表明: 在激发波长为400 nm时,两种量子点在磷酸盐缓冲溶液(pH 7.5)中具有较好的荧光共振能量转移效率(猝灭效率0.54,增强效率0.27).     

微波和油浴加热下水溶性CdTe量子点的生长行为比较研究

应用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外吸收光谱(UV)和荧光光谱等表征技术观测微波和油浴两种不同加热方式下制备的量子点的晶型、形貌、分散性、生长速度和光学性能,研究了两种加热方式下水溶性CdTe量子点的生长速度变化和差异,并计算了相关动力学参数,考查了不同微波功率、不同配体、不同pH值等反应条件对量子点生长速度的影响。结果表明：微波加热可以提高量子点的尺寸分散性,但不能降低反应的活化能。两种加热方式所制备的量子点具有相同的形貌、晶型、生长速率及发光效率,量子点的生长速度不受微波功率的影响,而是强烈地依赖于配体的结构性质及溶液pH值。     

水热炭化制备碳量子点及其应用

碳量子点作为新兴的“零维”碳纳米材料引起人们广泛的关注。水热炭化法是目前为止应用最广泛的碳量子点合成方法之一。水热炭化合成碳量子点取材广泛、过程简单,其最大的特点是合成的碳量子点表面含有丰富的含氧官能团,水溶性优异,在制备过程中即可对碳量子点进行表面功能化改性。此外,水热法合成的碳量子点具有石墨或无定形结构的碳核。水热碳量子点的结构和性质主要受原料种类及制备条件（水热炭化温度、时间及化学添加剂）的影响,产物在光催化技术、分析检测、活体成像和细胞标记、发光二极管（LED）及药物输送等领域展示出较好应用效果。本文综述了水热碳量子点的制备、性质、形成机理（包括原料的脱水、聚合、炭化及钝化过程）及发光机理（表面缺陷态效应和量子尺寸效应）,并对水热碳量子点的应用进行了总结。最后,对水热碳量子点发展过程中尚待解决的问题进行总结,对其未来的发展方向进行了展望。     

温度对聚酰胺-胺树形分子模板法制备CdS量子点的影响

为了研究温度对聚酰胺-胺(PAMAM)树形分子的模板法制备硫化镉(CdS)量子点的影响, 以4.5代(G4.5, 64个甲酯端基)PAMAM树形分子为模板, 在－10～30 ℃的温度范围内制备了分散良好的CdS量子点. 用透射电子显微镜(TEM)表征了CdS量子点的形貌、尺寸; 用紫外-可见光谱(UV-Vis)和光致发光光谱(PL)表征了CdS量子点的光学性能. 发现在相同条件下, 制备温度从－10 ℃升高到30 ℃, CdS量子点粒径从1.8 nm增大到3.4 nm, 其中在10 ℃时制备的量子点的尺寸分布最窄; CdS量子点的吸收和发射光谱均随温度增大而红移, 其中10 ℃时制备的量子点的室温光致发光效率最高. 这表明制备温度决定了树形分子的配位基团与Cd^2＋的分离速度, 并影响了CdS量子点的成核和生长过程, 从而最终决定了CdS量子点的尺寸及尺寸分布、光致发光颜色和发光效率.     

壳聚糖包裹CdSe量子点组装体的水相可见光催化CO2还原

通过壳聚糖(chitosan)中的氨基与MPA-CdSe(MPA=3-巯基丙酸)量子点(QDs)表面Cd²⁺的配位作用, 构建了MPA-CdSe@chitosan组装体. 壳聚糖中丰富的氨基和疏水结构为量子点提供了富CO₂及疏水的微环境, 从而提升了水相光催化CO₂还原效率和选择性. 光催化实验结果表明, 在以抗坏血酸钠(NaHA)为电子牺牲体的条件下, MPA-CdSe@chitosan组装体在水中可将CO₂光催化还原为CO, CO的生成效率和选择性分别比不含壳聚糖的MPA-CdSe QDs体系提升169倍和8.6倍. 用组装体系光催化60 h后, CO的生成效率为73.6 mmol/g(基于量子点质量), 对应的选择性达到51.0%, 具有良好的稳定性.     

多功能两亲梳状聚合物的合成及包覆荧光量子点

利用溶液聚合和成酰胺反应合成了多功能梳状两亲性共聚物,聚(甲基丙烯酸-co-甲基丙烯酸十八酯)-(乙醇胺-乙二胺叶酸)(PSM-EE-FA).用红外光谱(FTIR),核磁共振(1H-NMR)及凝胶渗透色谱(GPC)表征了该聚合物的结构及分子量分布.实验结果证明合成了该聚合物,其数均分子量(Mn)为28600,多分散性为1.375.用该两亲梳状聚合物包覆油溶性CdSe/ZnS量子点,通过相转移作用,得到水溶性靶向量子点(PSM-EE-FA-QDs).该水溶性量子点溶液具有较好的稳定性.通过紫外-可见(UV-Vis)及荧光发射光谱分析对该量子点的光学性质进行研究.结果表明,PSM-EE-FA-QDs的紫外-可见光谱及荧光发射光谱峰形与原量子点基本一致.由于量子点表面聚合物层的形成,峰位发生少量红移.该量子点水溶液的荧光强度是原量子点氯仿溶液的98%,荧光产率是原量子点氯仿溶液的95%.动态光散射(DLS)及透射电镜(TEM)测试结果表明水溶性量子点分布均匀.合成的水溶性量子点不但光学性能稳定,而且聚合物及水溶性量子点的合成方法较为简便.     

水溶性氮掺杂石墨烯量子点的合成及其对Pb~(2+)的选择性识别研究

以氧化剥离碳纤维法制备的石墨烯量子点(GQDs)为原料,以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为氮源和溶剂,采用溶剂热法,制备了氮掺杂的水溶性石墨烯量子点(N-GQDs)。当反应时间小于24h时,N-GQDs的氮掺杂量和发光量子效率随反应时间的延长而增大,同时其荧光颜色逐渐从黄色向绿、蓝转变。N-GQDs的发光量子效率最高可从GQDs的4.0%增加到30.1%。氮掺杂一方面增加了N-GQDs中C—N键含量,另一方面增强了N-GQDs的结构有序性,从而提高了其发光量子效率。作为荧光探针,N-GQDs对水溶液中的Pb~(2+)具有良好的识别作用。荧光滴定实验证明,在8.0×10-7 mol/L~1.5×10-4 mol/L的线性范围内,以NGQDs为荧光探针,可以有效测定水溶液中Pb~(2+)的浓度。与未掺杂的GQDs相比,氮掺杂显著提高了石墨烯量子点对Pb~(2+)的选择性。     

CdTe/CdS核壳量子点与蛋白质荧光标记

利用连续离子层吸附技术合成了水溶性的CdTe／CdS核壳量子点．通过CdS壳层的包覆,量子点的量子效率由原来的15％（裸核）提高到38％（核壳）,这种核壳结构量子点的化学和光学性质具有更好的稳定性,可以用于生物标记．本文采取共价连接与静电吸附两种方法,实现了量子点的生物标记,电泳技术已证明,应用这种量子点成功地实现了对蛋白质分子的生物标记．通过对量子点与蛋白质偶联前后的荧光光谱分析,发现量子点与蛋白质作用后荧光增强是由于蛋白质对量子点进行了表面修饰,从而降低了表面缺陷引起的非辐射跃迁几率所致．通过共价连接量子点的荧光峰位红移,主要是由于偶极-偶极相互作用引起的;量子点与蛋白质静电吸附作用引起的荧光峰位蓝移主要起因于量子点表面电荷量的降低．     

有机体系中Ⅱ-Ⅵ族量子点的制备及其合成机理

量子点由于其量子效应而具有既不同于体相材料又有别于一般分子的优异光学性能,因此在生物医学领域,特别是在生物标记中具有良好的应用前景.Ⅱ-Ⅵ族量子点由于其荧光发射波长几乎覆盖了整个可见光区而引起人们的关注,其中在有机体系中合成油溶性Ⅱ-Ⅵ族量子点具有反应产物稳定,量子产率高,并且可以制备性能更加优异的核.壳结构的量子点(CdSe/ZnS,CdSe/CdS等)等优点,因此在过去的十几年中被广泛而深入地研究.本文重点综述了在有机体系中,单分散、高荧光性能Ⅱ-Ⅵ族量子点的制备方法--高温热解法及其合成机理的研究进展,并对今后的研究方向作了展望.     

石墨烯-量子点复合材料的制备与应用

石墨烯因其独特的物理化学性质以及潜在的巨大应用价值引起了越来越多的研究兴趣,但其特殊的零带隙结构却限制了它在光电领域的应用。半导体量子点因其特有的量子尺寸效应而表现出迷人的光学性能,已成功应用于生物标记及电化学等领域,但电子-空穴对易复合湮灭,导致电子迁移率较低,限制了其在光电转换方面的应用。石墨烯独特的结构和电子特性使其成为优秀的导电支架,可从量子点中捕获并输运电子,实现了电子空穴对的有效分离。石墨烯-量子点复合材料不仅具有石墨烯的高电子传输性能,而且具备量子点特殊结构产生的量子尺寸效应和边缘效应,二者复合后在纳米器件和光电器件等领域极具应用潜力。本文详细总结了近年来石墨烯-量子点复合材料的制备方法,包括相转移法、静电复合、水热和溶剂热法以及电化学法和微波辅助法等,并简要介绍了相关应用领域的研究进展,以期为石墨烯基纳米复合材料的发展研究提供相关的参考与依据。