富勒烯与II-VI族量子点复合体系光电荷转移研究

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富勒烯C60分子由于其特殊的笼状高度对称、三维共轭π电子结构、遍布整个紫外可见光区的电子光谱、较低的还原势、电子转移过程中较小重组能及其稳定性,在具有光诱导电荷转移特性的新型光电材料开发方面已经被广泛运用。PCBM作为富勒烯衍生物不但具有 C60的优异特性,还具有溶解性好,易成膜等特点。一维 C60纳米材料具有C60分子所具有的结构特性,又具有纳米纤维所具有的线性特征。量子点(quantum dots, QDs)具有尺寸依赖的电子结构、较大的消光系数和多激子效应,使得其作为光子受体具有很强的优越性。  在本论文中,通过旋涂的制样方法制备了 PCBM-QDs复合薄膜,利用液液界面沉淀法(Liquid-liquid interface precipitation,LLIP)和在位生长法制备了较大长径比的C60纳米棒和不同量子点修饰的 C60纳米棒,并利用扫描电子显微镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射分析仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)、稳态-瞬态荧光光谱仪(PL)、表面光电压谱(SPS)测试等对其形貌和光电性质进行了初步的研究。具体的研究工作主要包含以下三个方面:  1.PCBM与红色CdSe/CdS/ZnS QDs复合材料光电性能的研究  通过调节旋涂溶液浓度和旋涂转速探究了PCBM和CdSe/CdS/ZnS QDs合适的成膜条件,并以此成膜转速和成膜浓度旋涂二者的复合物,制备了给体-受体复合的薄膜。SPM测试结果表明复合薄膜的均一性和致密性均良好,复合薄膜的SPV比PCBM的显著增强,并且PL测试结果表明荧光强度比原CdSe/CdS/ZnS QDs薄膜有一定程度的荧光淬灭,QDs和复合薄膜的荧光量子产率分别为83.44%,3.79%:瞬态荧光光谱测试计算得到淬灭效率为86.43%。  2.一维富勒烯纳米棒的制备及其性能研究  通过 LLIP法制备出了具有较大长径比的 C60纳米棒,样品的分布比较均匀且相互之间没有缠绕。通过TEM观察到C60纳米棒的截面是正六边形,并利用SEM及热失重分析仪(TGA)对C60纳米棒的热稳定性进行探究,通过SPM对C60纳米棒进行微区电势的探究,C60纳米棒与氯金酸的反应说明C60纳米棒的还原性,激光显微拉曼光谱仪测试反应后的C60纳米棒拉曼信号有明显增强。  3.绿色与蓝色CdSe/CdS/ZnS量子点修饰 C60纳米棒的制备及光电性能研究  利用液液界面沉淀法和在位生长法制备出了具有较大长径比的两种量子点修饰 C60纳米棒,合成的量子点修饰 C60纳米棒与单纯 C60纳米棒具有相同的面心立方结构,且量子点以弱的范德华力大量的包覆在 C60纳米棒上。UV-Vis光谱图、荧光光谱和 SPV等测试结果表明,量子点修饰C60纳米棒的吸收拓展到了可见光区且吸收强度极大,在量子点和C60纳米棒的界面间发生了极强的荧光猝灭现象,SPV信号与单纯C60相比有很大的增强。通过测量荧光量子产率和瞬态荧光光谱得到的淬灭效率,对不同量子点修饰的C60纳米棒的光电性质进行了比较。
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