荧光半导体纳米复合粒子的水相合成和表征

来源 :东华大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:yulingjie2006
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目前,荧光半导体纳米粒子(NPs),又称为荧光半导体量子点(QDs),在生物医学研究中应用的可行性和重要意义已经是有目共睹,相关的研究理论、合成制备和应用成果日益增多。尽管如此,我们不难发现,还存在许多有待解决的问题和很宽广的研究空间。在量子点应用的道路上,关键要解决的问题是如何提高量子点的光化学稳定性和水溶性,而且量子点的表面修饰是其生物应用的前提。Ⅱ-Ⅵ型半导体量子点,随尺寸改变在可见光区具有宽的发射范围。其中在水相合成的CdS,CdSe纳米粒子体系,其发射光谱较弱,且可调光谱范围较窄,而CdTe量子点随尺寸变化其发射光谱可覆盖整个可见光区,从而成为研究的热点之一。鉴于此,本课题在前人工作的基础上对CdTe量子点的制备及其表面无机物修饰做了如下研究:本文利用不同的Te源,NaHTe和Na2TeO3,分别在水相中制备CdTe量子点,并对其生长过程和荧光性能分别做出讨论和比较。文中详细探讨了反应时间,反应前驱体的pH值和前驱体中反应物的摩尔比等条件对反应过程的影响,并得到了制备高质量的CdTe量子点的最佳合成工艺。在以NaHTe做作为Te源,以TGA作为稳定剂的水相制备方法中,应用适当的搅拌速度和反应温度为100℃的条件下,经研究得到最佳的反应时间是180分钟,最佳的反应前驱体pH值为8.2,最佳的反应前驱体中反应物镉碲的摩尔比为4.0:1,制备出了具有高质量绿色荧光的CdTe量子点。在以Na2TeO3作为Te源,以L-cysteine作为稳定剂的水相制备方法中,应用适当搅拌速度,反应温度为100℃和pH值为8.6的条件下,经研究得到最佳的反应时间为55分钟,最佳的反应前驱体中反应物镉碲的比例为6.0:1,同样制备出了具有高质量绿色荧光的CdTe量子点。这两种水相制备方法,原料价格低廉,操作简便,安全,环保。但相比较而言,以Na2TeO3作为Te源的水相制备方法,原料利用率更高,前驱体制备速度更快,重复性更好,是合成水溶性量子点较好的制备方法。在获得高质量的CdTe量子点的基础上,本文进一步探讨了采用无机化合物来包覆CdTe量子点来获得具有更好的荧光性能的纳米粒子的制备方法,成功合成了CdTe/Cd(OH)2和CdTe/ZnS核壳型无机纳米复合粒子。由于Cd(OH)2和ZnS等无机化合物的包覆,使得所制备的核壳型无机纳米复合粒子的粒径大于CdTe量子点,因此在其荧光强度大大增强的同时其荧光发射峰发生明显红移。在本文中通过荧光光谱对Cd(OH)2和ZnS包裹CdTe量子点,所制备的核壳结构的形成进行研究,这是除发射波长的红移、粒子粒径的增大和X射线光电子能谱(XPS)测定纳米晶表面元素组成等判定无机物包裹CdTe量子点的核壳结构以外的另一更为简单实用的依据。同时,经过大带隙无机化合物包覆后,纳米粒子的光稳定性大大增强。合成出的CdTe/Cd(OH)2和CdTe/ZnS这两种核壳型纳米复合粒子,具有更强的荧光量子效率,更好的光稳定性和更长的荧光寿命,这相对于CdTe量子点,更加有利于在生物学上的应用。
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