CdSe/ZnSe/ZnS多壳层结构量子点的制备与表征

展示了一种简捷的多壳层量子点合成路线。在含有过量Se源的CdSe体系中直接注入Zn源,"一步法"合成了CdSe/ZnSe量子点;进一步以CdSe/ZnSe为"核",表面外延生长ZnS壳层制备了核/壳/壳结构CdSe/ZnSe/ZnS量子点。相对于以往报道的多壳层结构量子点的制备方法,该方法通过减少壳层的生长步骤有效地简化了实验操作,缩短了实验周期,同时减少对原料的损耗。对量子点进行高温退火处理,能够大幅提高CdSe/ZnSe/ZnS量子点的发光量子产率。透射电镜、XRD以及光谱研究表明:所制备的量子点接近球形,核与壳层纳米晶均为闪锌矿结构,最终获得的CdSe/ZnSe/ZnS量子点的光致发光量子产率达到53％。为了实现量子点的表面生物功能化,通过巯基酸进行了表面配体交换修饰,使量子点表面具有水溶性的羧基功能团,并且能够维持较高的光致发光量子产率。     

壳层相关的CdSe核/壳量子点发光的热稳定性

测量了CdSe/ZnS(3 ML)核/壳结构及CdSe/CdS(3 ML)/ZnCdS(1 ML)/ZnS(2 ML)核/多壳层结构量子点在80~460 K范围内的光致发光光谱,研究了壳层结构对CdSe量子点发光热稳定性的影响。详细地分析了CdSe量子点的发光峰位能量、线宽和积分强度与温度之间的关系,发现CdSe量子点的发光热稳定性依赖于壳层结构。CdS/ZnCdS/ZnS多壳层结构包覆CdSe量子点在低温和高温部分的热激活能均大于ZnS壳层包覆的CdSe量子点,具有更好的发光热稳定性。此外,在300-460-300 K加热-冷却循环实验中,CdS/ZnCdS/ZnS多壳层结构包覆CdSe量子点的发光强度永久性损失更少,热抵御能力更强。     

CdSe/CdS核壳量子点复合材料合成及其在白光发光二极管中的应用

采用有机化学合成法,利用正三辛基膦(TOP)辅助的快速注入生长方法,改进传统的制备工艺,实现了CdSe/CdS厚壳层核壳(8.6 ML)量子点复合材料的合成制备,并对所合成的核、核壳量子点及其复合材料的晶格结构、形貌特点与发光性质进行了XRD、TEM、SEM、UV-Vis、PL表征和红光补偿效果测试。测试结果表明,CdSe核具有立方纤锌矿晶格结构;CdSe/CdS量子点复合材料直径为45~75μm,呈菱形规则形貌,且颗粒分散性良好。采用该方法,可以提高量子产率,产率由4%(CdSe核)升至48%(CdSe/CdS核壳量子点);可以增强激子态发光能力,CdSe/CdS核壳量子点复合材料的荧光强度约为CdSe核的13倍。将该材料与YAG∶Ce~(3+)黄色荧光粉组合应用,获得了高光效(148.29 lm/W)、高显色指数(Ra为90.1,R9为97.0)的白光发光二级管,表明按照上述方法获得的CdSe/CdS核壳量子点复合材料在白光发光二极管中深红光波段具有较好的补偿效果。     

空穴传输材料对CdSe核壳量子点的荧光影响

用稳态光谱和时间分辨光谱技术研究了空穴传输材料对CdSe/ZnSe 与CdSe/ZnS核壳量子点的荧光影响。结果表明,空穴传输材料对量子点有较强的猝灭作用,随空穴传输材料分子浓度的增加,量子点的荧光强度明显地被猝灭,同时量子点的荧光寿命也被减短。两种不同空穴传输分子对CdSe/ZnSe量子点的荧光猝灭明显不同。在与相同空穴传输分子相互作用时,包覆ZnS壳层的CdSe核壳量子点荧光猝灭效率明显低于包覆ZnSe壳层的CdSe核壳量子点。量子点的荧光猝灭过程可以解释为静态猝灭和动态猝灭过程,其中静态猝灭来源于量子点表面与空穴传输材料间相互作用,而动态猝灭则主要来源于量子点到空穴传输材料的空穴转移过程。实验结果表明空穴传输材料的种类以及核壳量子点的壳层结构都对其荧光猝灭效应起关键作用。     

脂溶性CdSe/ZnS量子点脂质体复合物的制备及表征

在油相中成功合成了脂溶性CdSe/ZnS核壳量子点纳米粒,粒径平均为4.5 nm,量子产率达29%,发射波长为540 nm。通过薄膜分散法,以蛋黄卵磷脂、胆固醇为膜材,将脂溶性的CdSe/ZnS核壳量子点包覆于脂质体磷脂双分子层中,由于磷脂分子的两亲性,使得脂溶性的CdSe/ZnS核壳量子点同时又具有亲水性。通过透射电镜对脂质体形态进行了表征,倒置荧光显微镜证实了发光CdSe/ZnS核壳量子点成功包埋于脂质体双分子层中,包裹的发光CdSe/ZnS核壳量子点具有更稳定的发光及抗光漂白性质。     

硒化镉发光量子点的制备及其在有机发光器件中的应用

硒化镉量子点具有随粒径尺寸改变,而产生发光波长调变的特性,目前已被广泛研究。本研究是由化学溶胶法合成不同粒径尺寸的核壳型CdSe／ZnS硒化镉量子点,其表面包覆十六烷基胺,避免分子团聚现象。在由硒化镉成核温度的控制,成功地制备一系列具有各种尺寸粒径的核壳型硒化镉量子点(2—6nm)。本研究也合成了含有纳米金粒子于核壳型硒化镉量子点,实验结果发现：硒化镉发光效率明显的提高。在有机发光器件的应用方面,将发光波长为505nm核壳型CdSe／ZnS量子点掺入溶有发光波长为570nm铱化合物的氯仿溶液时,其溶液的光致发光光谱表明,原量子点的发光特性消失,只有铱化合物的发光依然存在,且其发光强度呈现明显增强趋势,我们推测此现象源自于量子点到铱化合物能量转移的机制。我们也以含有核壳型硒化镉量子点的铱化合物与PVK混合材料为发光层,成功的制作发光二极管器件,器件的发光效率因核壳型硒化镉的掺杂,明显提高2倍多。     

核壳结构硒化镉/硫化镉/巯基乙酸量子点载流子输运特性

采用水溶液法合成了巯基乙酸(TGA) 包覆的CdSe 量子点. 通过X 射线粉末衍射和高分辨透射显微镜检测结果证实, 合成得到闪锌矿结构CdSe 量子点. 能谱图和傅里叶变换红外光谱图结果说明, 在核CdSe 纳米粒子表面与配体TGA 之间有CdS 壳层结构形成. 利用样品表面光电压(SPV) 谱, 指认CdSe 量子点精细能带结构以及各自对应的激发态特征: 475 nm (2.61 eV) 和400 nm (3.1 eV) 两个波长处的SPV 响应峰分别与CdSe 核和CdS 壳层带-带隙跃迁相对应; 370 nm (3.35 eV) 附近SPV 响应峰可能与TGA 中羰基与巯基或羧基之间发生的n →π^* 跃迁有关. 场诱导表面光电压谱结果证实, 合成的CdSe 量子点具有明显的N 型表面光伏特性, 而上述n→π^* 跃迁则具有P 型表面光伏特性. 荧光光谱谱线均匀增宽以及SPV 响应峰位蓝移, 说明样品具有明显的量子尺寸效应. 结合不同pH 值下合成的CdSe 量子点的SPV 谱和表面光声谱发现, SPV 响应强度与表面光声光谱信号强度变化趋势恰好相反. 上述样品表面光伏效应表明, CdSe 量子点表面和相界面处的精细电子结构以及光生载流子的输运特性均与量子点的尺寸大小存在某种内在联系. 关键词： 硒化镉量子点 光生载流子 表面光电压谱 表面光声光谱     

复合荧光CdSe量子点-脂质体的制备与表征

通过脂质体方法成功地将三辛基氧化膦(TOPO)包覆的CdSe发光量子点从非极性有机溶剂转移到生物相容性的水溶液中.分别通过透射电镜(TEM)、荧光Mapping图像,以及光致发光(PL)光谱进行表征.TEM照片显示制备的CdSe核量子点为球形,具有良好的单分散特性,平均粒径约为3nm.CdSe-脂质体复合体的平均尺寸大约20nm,TEM清楚地显示了CdSe量子点被诱捕在脂质体中.荧光Mapping显示了CdSe-脂质体复合体的发光强度分布.脂质体方法转移TOPO包覆的CdSe量子点,借助了磷脂的双分子链与CdSe表面的TOPO配体之间的疏水相互作用,在CdSe的第一配体层外部形成第二配体层,保留了CdSe的存在环境,光致发光光谱表明,量子点-脂质复合体基本保持了CdSe核量子点的发射效率.     

近红外量子点的发光机理研究

近红外量子点具有独特的光学性质,如荧光量子产率高,荧光寿命长,荧光发射波长可调,半峰宽窄且斯托克斯位移较大,耐光漂白能力强等, 及“近红外生物窗口”的优势,使它们在生物荧光标记、太阳能电池、量子化计算、光催化、化学分析、食品检测及活体成像等领域具有巨大的潜在应用价值。目前对近红外量子点的发光机理研究还不够完善,针对国内外的研究现状,重点对核/壳结构的量子点(CdTe/CdSe,CdSe/CdTe/ZnSe等)、三元量子点(Cu-In-Se,CuInS₂等)和掺杂型量子点(Cu∶InP等)三种不同类型近红外量子点的发光机理进行了综述。其中,Type-Ⅱ型核/壳结构量子点的发光机理多为带间复合发光,三元量子点以本征缺陷型发光为主,掺杂型量子点多为杂质缺陷型发光。探讨了近红外量子点发光原理存在的问题及发展的方向。对近红外量子点的发光机理进行系统地研究不仅有助于我们理解近红外量子点的发光性质,而且对完善相似高品质量子点的合成方法具有重要意义。     

CdSe/ZnSe核-壳结构纳米粒子合成新方法

报道用“一步”合成新方法制备了CdSe/ZnSe核-壳结构的发光纳米粒子.该方法是将锌的前驱体注入表面Se富集的CdSe发光纳米粒子溶液中,通过Zn²⁺与Se共价键结合,从而在CdSe发光纳米粒子的表面形成ZnSe壳.分别通过X射线粉末衍射、光电子能谱、透射电镜、紫外-可见吸收光谱和光致发光光谱,对核-壳结构的发光纳米粒子的结构及光学性质进行了表征.结果表明,以较宽带隙的ZnSe在较窄带隙的CdSe纳米粒子表面形成的壳层有效地钝化了CdSe纳米粒子的表面缺陷,明显地提高了室温下CdSe纳米粒子的光致发光效率.X射线粉末衍射表明随着Zn²⁺的不断注入,CdSe/ZnSe的衍射峰逐渐移向ZnSe衍射峰.光电子能谱数据显示,Zn2p的双峰分别位于1020,1040eV附近,通过与体材料ZnO相比,确定为Zn²⁺的光电子发射,说明Zn是以共价键形式存在于CdSe纳米粒子的表面.透射电镜照片显示纳米粒子具有良好的单分散性,核-壳结构的发光纳米粒子直径较CdSe核的直径明显增加.     

限域量子态调控研究

电子、激子和声子等量子态在固体中的行为早已被人们所熟知. 然而,当体系的尺寸只有纳米量级的时候,已有的固体理论常常不能适用,需要新的低维物理理论的建立. 我们系统研究了低维体系限域量子态（包括电子、激子和声子）的行为对环境、应力、压力及光的响应和性质的调控. 较早认识到低维体系之显著的表面-体积比对量子态性质调控之有效性,系统地揭示了低维体系的一系列由表面和应力决定的新颖性质,证明了低维体系的表面和应力效应同量子限域效应同等重要. 本文概况了如下五个方面的结果：（1）一种使用应力效应调控电子能带结构的方法和（2）一种使用表面效应调控电子能带结构的方法（这两个方法都可将低维体系能带从间接能隙调控至直接能隙能带结构）;（3）一种低维体系表面掺杂方法,该方法将在低维体系掺杂中取代传统方法;（4）量子点表面诱导的光致异构现象;（5）基于表面自催化半导体低维结构的形成机理. 希望我们的研究工作有助于促进低维体系在光电子、纳电子、环境、能源、生物和医学等领域的应用.     

CdSe量子点的光物理性质研究与荧光杂化纤维的制备

半导体纳米晶体(NCs)具有良好的光稳定性,广泛的发射持久性和高消光系数,在过去几年被广泛研究报道,其中,硒化镉半导体纳米晶体(CdSe NCs)被广泛用于电子照明、太阳能发电、光电传感等领域.然而CdSe NCs的电学、热力学和光物理性质具有较强的尺寸依赖性,在传统的制备方法及应用中容易出现晶体表面缺陷和悬空键以及较...     

Pressure coefficients of the photoluminescence of the II–VI semiconducting quantum dots grown by molecular beam epitaxy

Luminescence properties of CdTe and CdSe quantum dots have been studied under high hydrostatic pressure. The luminescence pressure coefficients of the II–VI quantum dots appear to be very similar to the pressure coefficients of the band-gap of bulk CdTe and CdSe, respectively. In contrary to that, the luminescence pressure coefficients of the III–V quantum dots are significantly lower than pressure coefficients of energy gaps of the appropriate dot materials. The discrepancy can be explained by the theoretical model, which takes into account effects of strain on pressure coefficients in thin strained layers. The experimentally observed pressure-induced quenching of the QDs luminescence is attributed to the “zinc-blende–cinnabar” phase transition in CdTe QDs and to the “zinc-blende–rock-salt” phase transition in CdSe QDs.     

大气环境下合成白光发射的Tb3+/Eu3+共掺杂全无机卤化物钙钛矿量子点

为克服因混合不同卤化物钙钛矿量子点发生阴离子交换反应、不稳定的红光发射卤化物钙钛矿量子点等而导致在获取白光发射方面存在的不足,提出了一种可以在大气环境下合成Tb³⁺,Eu³⁺稀土离子共掺杂全无机卤化物钙钛矿量子点的方法。调节Tb³⁺,Eu³⁺稀土离子的掺杂比例,调控从钙钛矿量子点主晶格到Tb³⁺和Eu³⁺离子的能量转移,获得了单一组分、白光发射的钙钛矿量子点(Tb,Eu):CsPbCl3和(Tb,Eu):CsPb(Cl/Br)3,并对量子点的形貌、结构、发光性能及能量传递机理和稳定性进行了详细研究。研究结果表明:在365nm激光激发下,不同含量Tb³⁺/Eu³⁺离子共掺杂的钙钛矿量子点(Tb,Eu):CsPbCl3发射光谱对应的色坐标位于1931色度图中的白光区域。在进料比PbCl2∶TbCl3∶EuCl3为1∶1.5∶1时,量子产率为3.59%,比纯的CsPbCl3量子点的量子产率(0.57%)提高了6倍。进一步研究发现,该(Tb,Eu):CsPbCl3量子点在空气中储存2个月之后,量子产率几乎保持不变(3.63%),保持了良好的稳定性。此外,研究了采用不同溶剂(正辛烷、十八烯)合成Tb³⁺/Eu³⁺共掺杂钙钛矿量子点的发光特性。Tb³⁺/Eu³⁺离子共掺杂的钙钛矿量子点(Tb,Eu):CsPbCl3可实现单一组分的白光发射,有良好的稳定性,具备一定的应用前景。     

The Influence of Surface Trapping and Dark States on the Fluorescence Emission Efficiency and Lifetime of CdSe and CdSe/ZnS Quantum Dots

To investigate the influence of surface trapping and dark states on CdSe and CdSe/ZnS quantum dots (QDs), we studied the absorption, fluorescence intensity and lifetime by using one-and two-photon excitation, respectively. Experimental results show that both one- and two-photon fluorescence emission efficiencies of the QDs enhance greatly and the lifetime increase after capping CdSe with ZnS due to the effective surface passivation. The lifetime of one-photon fluorescence of CdSe and CdSe/ZnS QDs increase with increasing emission wavelength in a supralinear way, which is attributed to the energy transfer of dark excitons. On the contrary, the lifetime of two-photon fluorescence of bare and core-shell QDs decrease with increasing emission wavelength, and this indicates that the surface trapping is the dominant decay mechanism in this case.     

New method to induce 2D–3D transition of strained CdSe/ZnSe layers

We present new growth conditions for growing high-quality CdSe/ZnSe quantum dots with photoluminescence emission measurable up to room temperature. The surface morphology is characterized in situ by Reflective High Energy Electron Diffraction (RHEED). The key point is the introduction of a new step in the growth process using amorphous selenium to induce a 2D–3D transition of a CdSe strained layer on ZnSe to form the dots. Optical characterizations by photoluminescence of CdSe/ZnSe quantum dots obtained that way, as well as X-ray diffraction results are also discussed here.     

Experimental investigation of energy transfer between CdSe/ZnS quantum dots and different-sized gold nanoparticles

Hybrid nanostructures of quantum dots(QDs) and metallic nanostructure are attractive for future use in a variety of optoelectronic devices. For photodetection applications, it is important that the photoluminescence (PL) of QDs is quenched by the metallic nanostructures. Here, the quenching efficiency of CdSe/ZnS core-shell quantum dots (QDs) with different sized gold nanoparticles (NPs) films through energy transfer is investigated by measuring the PL intensity of the hybrid nanostructures. In our research, the gold NPs films are formed by the post-annealing of the deposited Au films on the quartz substrate. We find that the energy transfer from the QDs to the Au NPs strongly depends on the sizes of the Au NPs. For CdSe/ZnS QDs direct contact with the Au NPs films, the largest energy transfer efficiency are detected when the resonance absorption peak of the Au NPs is nearest to the emission peak of the CdSe/ZnS QDs. However, when there is a PMMA spacer between the QDs layer and the Au NPs films, firstly, we find that the energy transfer efficiency is weakened, and the largest energy transfer efficiency is obtained when the resonant absorption peak of the Au NPs is farthest to the emission peak wavelength of CdSe/ZnS QDs. These results will be useful for the potential design of the high efficiency QDs optoelectronic devices.     

Porphyrin decorated CdSe quantum dots for direct fluorescent sensing of metal ions

In this study, we report on a novel hybrid structure for the direct sensing of metal ions based on the use of CdSe quantum dots functionalized with tetrapyridyl-substituted porphyrin, a cation-selective carrier. It is shown that the porphyrin ion carrier coordinates to Cd atoms of the CdSe quantum dots through the Lewis basic pyridyl groups. The porphyrin-quantum dot ligation allows for the direct communication between the porphyrin and the underlying CdSe quantum structure. The quantum yield of CdSe is maintained despite the robust capping generated when the unmetallated porphyrins coordinate onto the quantum dots. Upon coordination with zinc ions, this porphyrin capping is shown to strongly contribute to the increase in the fluorescence efficiency of CdSe, via an activating interaction with the quantum dots surface. The results provide the grounds for the development of highly sensitive and selective nano-optode sensing systems.     

Surface modification of CdSe nanocrystals: Application to polymer solar cell

The optimum choice of the ligand that stabilizes the colloidal quantum dots and passivate the surface is crucial for tuning the energy level and remain elusive. The atomic ligand passivation with iodide remains superior over other surface treatments. Herein, we applied the iodide ligand to passivate the CdSe nanocrystals with an excitonic absorption at 2.1 eV by a liquid-liquid extraction process. We took the view of the change in the optical and structural properties upon ligand exchange. Finally, we tested the performance of the iodide treated dots by employing it in an inverted structure polymer solar cell based on P3HT: PCBM.