Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族量子点的合成方法和生物应用

Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元量子点是一种新型的胶体纳米晶,具有不含Cd、Hg、Pb等有毒重金属元素、带隙较窄、自吸收小、光吸收系数和Stokes位移大、发光波长可达近红外区且可调等优势,在发光二极管、太阳电池和生物应用方面具有很大的前景.本文综述了Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元量子点合成方法、光学性质和生物应用的研究进展,为相关学科的研究提供基础.     

Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元量子点的合成方法和生物应用

Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元量子点是一种新型的胶体纳米晶,具有不含Cd、Hg、Pb等有毒重金属元素、带隙较窄、自吸收小、光吸收系数和Stokes位移大、发光波长可达近红外区且可调等优势,在发光二极管、太阳电池和生物应用方面具有很大的前景。本文综述了Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元量子点合成方法、光学性质和生物应用的研究进展,为相关学科的研究提供基础。     

Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族量子点的制备及其在照明显示领域的应用

半导体量子点因其独特的光电性质, 在发光二极管、太阳能电池和生物标记等领域展现出广阔的应用前景。传统的Ⅱ-Ⅵ和Ⅲ-Ⅴ族二元量子点具有优异的发光性能, 但其所含的Cd、Pb等有毒重金属元素极大制约了大规模商业应用。Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 族多元量子点作为近年来兴起的一类新型荧光材料, 其具有无毒、带隙可调、Stokes位移大、荧光寿命长等特性, 被认为是替代传统二元量子点的理想材料, 因此成为了科研工作者研究的热点。本文详细介绍了Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 族量子点的研究进展, 从该类量子点的基本性质出发阐明其光学性能的调控机制, 重点介绍了近年来该类量子点的有机相及水相制备技术, 对其在照明显示领域应用的研究进展进行了总结, 并与其他类型量子点器件的最新研究现状进行了对比。最后, 分析了Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 族量子点发展过程中有待解决的主要问题, 并对其今后的发展方向进行了展望。     

Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族半导体纳米晶:合成,性质及应用（英文）

半导体纳米晶具有独特的量子限域效应以及新颖的尺寸和形貌依赖特性,已被证实是在低成本高性能光伏器件、光致及电致发光二极管、生物成像、光催化等领域非常具有潜力的新型材料.其中,II-VI族与I-III-VI族半导体纳米晶由于其优异的性能在过去的数十年中引起了广泛的关注.过去数十年对于II-VI族半导体纳米晶的研究已经十分成熟,然而几乎所有的传统II-VI族半导体纳米晶都含有对环境有害的元素,对人体和环境造成不可逆转的伤害,从而限制了II-VI族半导体纳米晶的进一步应用.与二元II-VI族纳米晶相比,大部分三元I-III-VI族纳米晶不含镉和铅等重金属元素,因而具有低毒性的特点,并且其带隙窄、吸光收系数大、斯托克斯位移大、自吸收小以及发光波长在近红外区,所以有望使其成为新一代荧光纳米晶材料.例如,CuInS_2的带隙为1.53 eV,与太阳光谱匹配且其吸光系数较大,在10.5cm.~1左右,从而使其成为制备太阳能电池的一种优秀材料.另一方面,I-III-VI族纳米晶在可见光和近红外范围内呈现与尺寸相关的发光,它们的荧光量子产率在包覆ZnS壳后可超过50%,因而在照明,显示和生物成像领域具广泛应用的潜力.水溶性的I-III-VI族量子点粒径尺寸可以小于10 nm,可以减小纳米颗粒通过肾清除的淘汰率,并且具有高荧光性能和耐光性的特点,因此成为进行生物成像工作的优秀材料.与此同时,I-III-VI族纳米晶在光催化领域也展现了巨大的发展前景.本综述主要关注I-III-VI族纳米晶的合成,性质及应用.首先,我们概述了不同的化学合成方法,并列举讨论了一些经典的工作,根据纳米晶的种类分类统计了主要合成方法、形貌及尺寸.第二部分,我们讨论了它们的光物理和电子特性,解释了纳米晶的"donor-acceptor pair"(DAP)结合机理,概述了I-III-VI族纳米晶的磁光现象.接下来,我们概述了I-III-VI族纳米晶主要的应用领域,着重总结了在太阳能电池领域、半导体发光二极管领域、生物成像领域以及光催化制氢领域的研究进展.最后,我们会讨论半导体纳米晶的应用前景,以及它的机遇和挑战.     

水相中荧光CdSe纳米晶的优化合成与表征

Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米粒子（也称半导体量子点（semiconductor quantum dots）简称NCs）由于其独特的光学、光化学、电化学以及非线性光学性质已逐渐引起人们的广泛关注。而Ⅱ-Ⅵ族NCs最诱人的 潜在应用是作为荧光探针应用于生物体系,在生命科学研究中起到定性和定量标记分子和细胞的作用。     

硅量子点合成方法的研究进展

与传统的Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物相比,硅量子点性质独特,不仅无毒无害、环境友好,而且储量丰富,可以大量生产,目前已在光电子学、太阳能转换、生物传感器、荧光探针等方面具有广泛的应用.本文作者对液相合成方法、高温气相还原法和热分解法制备硅量子点进行了综述,并对硅量子点在光电器件领域的应用前景进行了展望.     

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。     

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.     

半导体纳米晶在生物标记领域的应用

对半导体纳米晶的概念、性质、应用前景进行了概述,详细介绍了以ZnS、ZnSe半导体纳米晶体为代表的由IIB-VI族原子组成的低毒半导体纳米晶的制备、光谱学性质及其当前在生物标记领域的应用.     

用于生物标记的半导体量子点研究

半导体量子点的独特光学性质使之成为理想的荧光探针材料,在生物医学领域具有广阔的应用前景.本文评述了目前量子点合成、表面修饰、结合生物分子的方法,以及半导体量子点在生物标记应用中相对于传统有机染料的优点.     

无机半导体纳米晶光学性质的设计、调控及其生物医学应用

半导体纳米晶由于其丰富的能带结构和光学性质,在光电器件和生物医学应用等领域展现出了广阔的应用前景,且在过去的几十年中得到了广泛关注.因此,对其光学性质进行理性设计和精确调控具有重要的研究意义.本文简要综述了本研究组近年来在不同能带隙的无机半导体纳米晶的可控制备技术以及利用DNA纳米技术和蛋白质自组装手段构建具有特异光学性质的纳米结构等方面的相关研究工作,最后对这些纳米晶和纳米结构的独特光学性质及其在生物医学领域的应用研究进行了总结.     

离子层气相反应法(ILGAR)制备CuInS_2薄膜的研究

0引言Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族半导体薄膜太阳能电池具有价格低廉、性能优良和工艺简单等优点,已成为最有希望的光电转换器件,是当前国际光伏电池研究领域的热点之一。在Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族半导体中,CuInS2因其光学禁带宽度适中(1.50eV),可见光区域吸收系数较高(6×105cm-1),化学稳定性好等特点而成为人们最为关注的薄膜太阳能电池材料之一[1~5]。目前,CuInS2薄膜太阳能电池的最高转换效率约为11%[6,7],距理论转换效率(27%~32%)[8]还有很大的差距,而改善CuInS2薄膜质量是提高其光电转换效率的关键。研究表明,CuInS2薄膜的制备技术及工艺条件对薄膜的结构…     

多级复合半导体纳米材料的制备

金属氧化物、Ⅲ-Ⅴ、Ⅱ-Ⅵ等半导体纳米材料由于其独特的功能性质已广泛应用于光学、电子、太阳能转化、催化等领域,是当今先进材料领域的研究前沿与热点。随着科技的发展,人们对材料的高效、多功能要求已成为必然,对半导体材料发展要求亦如此。多组分复合、多层次结构协同是实现半导体纳米材料多功能化与高效化的有效途径。构筑多级结构组合纳米半导体,不但可以调控其能带结构而提高半导体材料的光电与催化性能,而且由于多级低维纳米结构聚集时形成的空间位阻效应可以有效克服纳米晶“易团聚”难题。本文提出多级结构组合纳米晶的概念、分类,结合近年来该领域的研究实践,较系统地综述了多级复合半导体纳米结构制备的最新研究进展。首先简要介绍了多级复合半导体纳米材料的概念与典型结构; 其次对典型多级复合半导体纳米材料的制备方法进行了重点评述,分别综述了液相法、气相法以及最新发展起来的静电纺丝等方法在多级结构半导体复合纳米材料制备中的应用实践。再其次,对以具有半导体特性的石墨烯及其功能化衍生物为基体的新型多级复合半导体纳米材料的制备做了综述。最后对半导体/半导体多级结构复合纳米材料的发展方向做了展望。     

CsPbX3(X=Cl,Br,I)纳米晶的制备及其应用

全无机钙钛矿CsPbX₃(X = Cl, Br, I) 纳米晶作为一类新型的低成本直接带隙半导体材料,具有优异的光学性质,如吸收系数高、尺寸和发射波长易调节、半峰宽窄、荧光量子产率高等特性,在照明、能源、信息显示和探测等领域表现出巨大的应用潜力,成为材料领域的研究热点。本文从CsPbX₃纳米晶的结构组成入手,重点综述了其常见的制备方法如高温热注入法、室温再沉淀法、溶剂热法、液滴微流控法、阴离子交换法等,对常见的形貌尺寸控制策略如反应温度和表面配体进行归纳,以及改善CsPbX₃纳米晶稳定性的策略,总结了此类材料在白色发光二极管、电致发光二极管、激光器、光电探测器、太阳能电池等光电领域的应用情况,最后对CsPbX₃纳米晶领域存在的问题和面临的挑战进行了分析和评述。     

卤化钙钛矿型纳米晶的光学性能及应用研究进展

本文重点论述了全无机卤化钙钛矿型(ABX_3)纳米晶的光学性能及应用.介绍了这类纳米晶的制备方法:常压溶剂热法和离子交换法,并进一步阐述其光学性能(主要包括光吸收性能和发光性能)及相关应用(主要包括发光二极管和太阳能电池及其在激光材料、光电探测器和光催化剂领域的应用).这类材料优异的光电性能使其在其它领域也具有潜在的应用价值.     

胶体法制备Mn2+掺杂Ⅱ-Ⅵ族稀磁性半导体纳米晶体材料的研究进展

近年来兴起的稀磁性半导体纳米晶体(DMSNC)是一种新型的半导体材料,由于其优异的光电磁性能得到了国内外研究人员的重视,并取得了快速发展,有望在多个领域得到应用。本文对以胶体法制备的Mn2 掺杂的ZnS、ZnSe、CdS、CdSe等为代表的Ⅱ-Ⅵ族DMSNC的主要研究进展和掺杂原理进行了综述,指出了现阶段所存在的问题,并对其未来发展进行了展望。     

活细胞合成量子点等生物纳米标记材料一种"时空耦合"合成新策略

通常,将三维受限的零维无机半导体纳米晶体称为量子点(Quantum dots,QDs).量子点具有优异的荧光性质,在荧光标记、激光、发光二极管、太阳能电池等前沿领域有着十分广泛的应用前景.就生物标记而言,与传统的有机荧光染料和荧光蛋白相比,量子点优异的荧光性质体现在,具有发光颜色可通过不同粒径和(或)组成进行调控、激发光谱宽而连续、发射光谱窄而对称、荧光量子产率高、荧光亮度高、光稳定性好(耐光漂白)等优点.     

硅纳米晶的制备及其在太阳电池中的应用研究

硅纳米晶由于量子限域效应的作用而产生了多种不同于体硅材料的新特性,如荧光效应显著、光学带隙可调等,因而在微电子、光伏、生物医学等领域受到极大的重视。本文介绍了分立的硅纳米晶颗粒和硅纳米晶薄膜的制备方法,并对比了不同方法制备硅纳米晶体的优缺点。着重介绍了硅纳米晶体在太阳电池中应用的几种方式,包括利用纯硅纳米晶薄膜制备太阳电池、硅纳米晶体与有机薄膜基质结合形成复合结构太阳电池、含有硅纳米晶颗粒的硅墨水在太阳电池中的应用等。     

荧光量子点的水相合成及其在化学和生物分析中的应用

荧光量子点(又称为半导体纳米晶体)是一种新兴的无机发光材料, 由于其具有独特的结构和光电性能, 在发光二极管、太阳能电池及生命科学等领域有广泛的应用. 目前, 有机相合成法和水相合成法已被成功地用于荧光量子点的合成. 与有机相合成法相比, 水相合成量子点方法简单、绿色且廉价, 合成的量子点水溶性好, 在生物医学等领域具有很好的应用前景. 本文主要介绍荧光量子点的水相合成方法及其在化学和生物分析中的应用, 并对其发展趋势进行了展望.     

量子点敏化太阳电池

基于量子限域效应的新型太阳电池——量子点敏化太阳电池(QD-SSCs),由于其最大理论转化效率超过了传统的Shockley-Queisser极限效率,已经成为目前最具研究潜力的太阳电池之一。本文综述了近几年来QD-SSCs领域的研究进展,主要从半导体氧化物纳米材料,特别是其低维纳米结构下的特殊性能;金属硫族化合物纳米晶;电解质;对电极等几个方面评述了电池材料的研究进展。另外,从量子点材料的制备和组装方面简述了目前电池光阳极的研究情况,并介绍了提高量子点光敏化性能的几个新途径。最后,从开路电压和短路电流角度分析了影响电池性能的几个关键因素,并对QD-SSCs今后的发展进行了展望。