量子點的制備實驗報告

量子點的制備實驗報告篇一：碳量子點的制備及性能表征“大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃”立項申請表申請級別：□國家□北京市■學(xué)校項目名稱：碳量子點的制備及性能表征負(fù)責(zé)人：所在學(xué)院：聯(lián)系電話：電子郵件：填表時間：XX-10-26北京理工大學(xué)教務(wù)處制表大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃注意事項1.2.3.填寫申請級別時，將“替換為“■”，或手寫打"V”項目負(fù)責(zé)人應(yīng)為本科生，鼓勵跨年級、跨學(xué)科組成項目組；項目成員（含負(fù)責(zé)人）不超過5人,成員中至少有一名非四年級的學(xué)生，每名學(xué)生原則上不允許同時參加多個項目；4.申報國家級、北京市級項目應(yīng)明確指導(dǎo)教師，指導(dǎo)教師應(yīng)具備中級以上職稱,每位指導(dǎo)教師同時指導(dǎo)的項目原則上不能超過兩項；5.經(jīng)費預(yù)算嚴(yán)格按照通知要求進(jìn)行申請，最終以專家委員會批準(zhǔn)的額度執(zhí)行；6.項目周期統(tǒng)一為一年。負(fù)責(zé)人情況項目基本信息-1-2-3-篇二：量子點總結(jié)1．前言在最近的幾十年里，量子點(QDs)即半導(dǎo)體納米晶體(NCs)由于具有獨特的電子和發(fā)光性質(zhì)以及量子點在生物標(biāo)記,發(fā)光二極管，激光和太陽能電池等領(lǐng)域的應(yīng)用成為大家關(guān)注的焦點。量子點尺寸大約為1-10納米，它的尺寸和形狀可以精確的通過反應(yīng)時間、溫度、配體來控制。當(dāng)量子點尺寸小于它的波爾半徑的時候，量子點的連續(xù)能級開始分離，它的值最終由它的尺寸決定。隨著量子點的尺寸變小，它的能隙增加，導(dǎo)致發(fā)射峰位置藍(lán)移。由于這種量子限域效應(yīng)，我們稱它為“量子點”。1998年，Alivisatos和Nie兩個研究小組首次解決了量子點作為生物探針的生物相容性問題，他們利用MPA將量子點從氯仿轉(zhuǎn)移到水溶液，標(biāo)志著量子點的生物應(yīng)用的時代的到來。目前，量子點最引人矚目的的應(yīng)用領(lǐng)域之一就是在生物體系中做熒光探針。與傳統(tǒng)的有機染料相比，量子點具有無法比擬的發(fā)光性能，比如尺寸可調(diào)的熒光發(fā)射，窄且對稱的發(fā)射光譜寬且連續(xù)的吸收光譜，極好的光穩(wěn)定性。通過調(diào)節(jié)不同的尺寸，可以獲得不同發(fā)射波長的量子點。窄且對稱的熒光發(fā)射使量子點成為一種理想的多色標(biāo)記的材料。由于寬且連續(xù)的吸收光譜，用一個激光源就可以同時激發(fā)一系列波長不同熒光量子點量子點良好的光穩(wěn)定性使它能夠很好的應(yīng)用于組織成像等。量子點集中以上諸多優(yōu)點是十分難得的，因此這就要求我們制備出寬吸收帶，窄且對稱的發(fā)射峰，高的量子產(chǎn)率穩(wěn)定和良好生物兼容性的穩(wěn)定量子點?，F(xiàn)在用作熒光探針的量子點主要有單核量子點(CdSe，CdTe,CdS)和核殼式量子點(CdSe/ZnS[39],CdSe/ZnSe[40])。量子點的制備方法主要分為在水相體系中合成和在有機相體系中合成。本文主要以制備量子點的結(jié)構(gòu)及合成方法為主線分為兩部分：第一部分綜述了近十幾年量子點在有機相中的制備方法的演變歷程，重點包括前體的選擇，操作條件和合成量子點結(jié)構(gòu)。第二部分介紹了近十幾年量子點在水相中制備方法的改進(jìn)歷程，重點包括保護(hù)劑的選擇及水熱法及微波輔助法合成方法。2．在有機體系中制備在有機相中制備量子點主要采用有機金屬法，有機金屬法是在高沸點的有機溶劑中利用前軀體熱解制備量子點的方法，即將有機金屬前軀體溶液注射進(jìn)250?300°C的配體溶液中，前軀體在高溫條件下迅速熱解并成核，晶核緩慢生長成為納米晶粒。通過配體的吸附作用阻滯晶核生長，并穩(wěn)定存在于溶劑中。配體所采用的前軀體主要為烷基金屬（如二甲基隔）和烷基非金屬（如二-三甲基硅烷基硒）化合物，主配體為三辛基氧化膦（TOPO），溶劑兼次配體為三辛基膦（TOP）。這種方法制備量子點，具有可制備量子點的種類多、改進(jìn)納米顆粒性能的方法多及所量子點的量子產(chǎn)率高等優(yōu)點，其粒徑分布可用多種手段控制，因而成為目前制備量子點的主要方法。2?1單核量子點的制備1993年，Murray等采用有機金屬試劑作為反應(yīng)前驅(qū)物，在高溫有機溶劑中通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，合成了量子產(chǎn)率約為10%、單分散（土5%）的CdSe量子點。他們采用TOPO作為有機配位溶劑，用Cd（CH3）2和TOP-Se作為反應(yīng)前驅(qū)物，依次將其注入到劇烈攪拌的350CTOPO溶液中，在短時間內(nèi)生成大量的CdSe納米顆粒晶核,然后迅速降溫至240C以阻止CdSe納米顆粒繼續(xù)成核，隨后升溫到260?280C并維持一段時間，根據(jù)其吸收光譜監(jiān)測晶體的生長，當(dāng)晶體生長到所需要的尺寸時，將反應(yīng)液冷卻至60C。加入丁醇防止TOPO凝固，隨后加入過量的甲醇,由于CdSe納米顆粒不溶于甲醇，通過離心便可得到CdSe納米顆粒。通過改變溫度，可以將粒徑控制在2.4?13nm之間,且表面的TOPO可以用吡啶、咲喃等代替。此后，Peng等又通過進(jìn)一步優(yōu)化工藝條件，將兩組體積不同，配比一定的Cd（CH3）2、Se、TOP的混合溶液先后快速注入高溫TOPO中的方法制得了棒狀的CdSe量子點，從而擴展了該合成方法對量子點納米晶粒形狀的控制。利用這種方法合成的量子點受到雜質(zhì)和晶格缺陷的影響，因此量子產(chǎn)率較低。由于Te更容易被氧化，所以制備高質(zhì)量的CdTe要比制備CdSe,CdS難得多。XX年，Dmitri.V等用DDA（十二胺）代替TOPO作反應(yīng)溶劑合成高質(zhì)量的CdTe量子點，量子產(chǎn)率可達(dá)65%，且窄的發(fā)射光譜覆蓋紅色和綠色光區(qū)。為了更好的理解CdTe量子點的成長機理，XX年，Sanser[17]報導(dǎo)了同樣用DDA（十二胺）和TOP的混合溶液作前體，分別在145°C，165°C，和180°C下制備的CdTe的尺寸依次為2.4nm，2.7nm，2.9nm。實驗中發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溫度越高，量子點成長速度越快，量子產(chǎn)率越高，量子點發(fā)光壽命越長。因為有機隔，有機鋅等試劑本身劇毒，在常溫下不穩(wěn)定，易燃易爆，所以整個制備過程必須嚴(yán)格控制在無水無氧的條件下進(jìn)行，而且當(dāng)把有機隔注入高溫TOPO時，會產(chǎn)生金屬沉淀，還有就是有機隔的價格昂貴，這些缺點限制了有機金屬法的應(yīng)用和進(jìn)展，需要找到有機隔的替代品。XX年，Peng[18]等對傳統(tǒng)方法進(jìn)行改進(jìn)，選用CdO代替Cd（CH3）2作為Cd的前體，選用HPA（己基膦酸）和TDPA（十四烷基膦酸）作為強配體，在純度為90%的TOPO中一步合成出了高質(zhì)量的CdS、CdSe、CdTe量子點。由于不采用有機鎘作為原料，反應(yīng)不需要在嚴(yán)格的無水、無氧的條件下進(jìn)行，而且反應(yīng)溫度較低（250?300°C）,反應(yīng)溫和，成核速度慢（幾十秒），增強了實驗的再現(xiàn)性，大大地簡化了制備工藝，減輕了對環(huán)境的污染。隨后，Qu［19］等繼續(xù)用CdO代替有機隔加入到TOPO-HAD（十六胺）中混合體系中制備CdSe，實驗表明，量子產(chǎn)率和熒光強度等和反應(yīng)初加入Cd前體和Se前體的摩爾質(zhì)量比密切相關(guān)，當(dāng)Se前體過量Cd前體5?10倍時，所得量子點的量子產(chǎn)率在室溫下可達(dá)85%，對應(yīng)半峰寬僅23nm，并可穩(wěn)定保存數(shù)月。接著，Qu等［20］在上述實驗研究基礎(chǔ)上，研究了不同前體/溶劑/配體組合對制備量子點的影響，合成出粒徑1.5?25nm的CdSe量子點。研究表明選用Cd（Ac）2與脂肪酸這一前體/溶劑組合，因其反應(yīng)速度快，適合合成粒徑大的CdSe量子點。后來，量子點的合成工藝又有了新的改進(jìn)，一些價格低廉，綠色環(huán)保的試劑逐漸被采用，代替常用的TOPO,TOP等有機試劑。例如油酸作配體，ODE（十八碳烯）代替TOPO作高溫反應(yīng)溶劑。XX年，Yu等首次用油酸和ODE（十八碳烯）分別作配體和非配位溶劑，合成高質(zhì)量的CdS量子點。同樣這種方法也應(yīng)用到合成其它量子點上,包括ZnSe。XX年，Li等利用Zn的脂肪酸鹽硬脂酸鋅作為Zn前體在ODE中制得了高度單分散的ZnS和ZnSe量子點,量子產(chǎn)率高到50%，半峰寬只有14nm。但是試驗中，仍然用到TOPO溶解Se粉，沒有真正實現(xiàn)替代有機溶劑。近年來，又出現(xiàn)了另外一種長烷基鏈烷烴-液體石蠟，橄欖油作溶劑的報道，與TOPO及ODE等有機溶劑相比，液體石蠟和橄欖油價格更低廉。XX年，Sapra等利用橄欖油同時作為溶劑和配體,制得了高度單分散的CdSe納米晶粒,合成量子點尺寸在2.3?6?0nm,所對應(yīng)的光譜范圍485?640nm，但是量子產(chǎn)率偏低，只有10%?15%。XX年，Dai等同樣用橄欖油同時作為溶劑和配體合成高度分散的ZnSe納米晶體和納米花，整個操作過程簡單，不需除氧操作，所用試劑綠色環(huán)保，重現(xiàn)性好，他們不僅報導(dǎo)了一種新穎的ZnSe納米花合成方法并且提出了納米花合成的機理。XX年，唐等采用液體石蠟作為Se的溶劑，油酸作為配體，溶解CdO形成Cd前體溶液。在劇烈攪拌的條件下，Se可溶于高溫液體石蠟（＞220°C）中形成Se前體溶液，將Cd前體溶液快速注入到Se前體溶液中反應(yīng),制得了CdSe量子點，量子產(chǎn)率可以達(dá)到60%。利用這種合成方法，邢等［26］合成了高質(zhì)量的CdTe量子點，利用這種方法制得的CdTe量子點均為立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，粒徑范圍為3?7nm,最大發(fā)射波長在570?720nm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，熒光量子產(chǎn)率最高達(dá)到65%，重要的是發(fā)現(xiàn)量子點在15?60°C具有良好的熱穩(wěn)定性，有利于生物領(lǐng)域中的應(yīng)用。同年他們成功地將這種油溶性CdSe量子點通過溶脹的方法包入多孔聚苯乙烯微球中形成性能優(yōu)異的水溶性熒光微球［27］。此外，XX年，Liao等采用液體石蠟作溶劑，油酸作反應(yīng)媒介在較低溫度170C時制得高度單分散的CdSe量子點，但是量子產(chǎn)率較低。2.2核殼式量子點量子點熒光的產(chǎn)生，是由于吸收激發(fā)光以后,產(chǎn)生電荷載體的重組。如果制備的量子點有大量的缺陷，就會發(fā)生電荷載體的無輻射重組，嚴(yán)重影響量子產(chǎn)率；如果缺陷僅位于粒子的表面，可以通過化學(xué)方法來改善這些缺陷。因此人們想到用長鏈烷烴作表面活化劑，提高量子產(chǎn)率，但是有機配體很難同時鈍化量子點表面的陰離子和陽離子，對無機材料來說，不僅可消除表面陰陽離子，而且產(chǎn)生新的納米晶體［29］。實驗結(jié)果表明,量子點的熒光性質(zhì)確實可以通過表面修飾，特別是在在半導(dǎo)體量子點核上外延生長另一種晶格匹配、寬帶隙的殼材料對于半導(dǎo)體量子點的穩(wěn)定性和可加工性有很大的改善作用。這樣，當(dāng)光作用到量子點時形成的電子和空穴就會被限域于核材料內(nèi)部，從而減少了非輻射復(fù)合，提高半導(dǎo)體材料的光致發(fā)光和電致發(fā)光性能，同時抗光氧化能力、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性都得到顯著提高1995年，Hines等［38］以Zn（CH3）2（二甲基鋅）和（TMS）2S（六甲基二硅硫烷）作為Zn前體和S前體，用有機金屬法制備出了CdSe/ZnS核殼結(jié)構(gòu)的量子點。包覆層ZnS消除了原子表面的懸掛鍵，減小了量子點發(fā)生團(tuán)聚的可能，使其在室溫下的量子產(chǎn)率有了顯著的提高，可以達(dá)到50%。1996年，Bawendi等［39］又利用ZnEt2（二乙基鋅）和（TMS）2S作為Zn前體和S前體，在CdSe的表面包覆了ZnS，有效的限制了載流子，可以將CdSe在室溫下的量子產(chǎn)率提高到40?50%左右。盡管當(dāng)時大家的研究集中在ZnS包裹的CdSe量子點上，由于CdSe與ZnS晶格失配度較大（心12%）,因此造成在量子點表面形成新的缺陷，使調(diào)高量子產(chǎn)率程度有限但是殼材料CdS（心3.9%），ZnSe（心6.3%）與CdSe核的晶格失配度相對較小，而且ZnSe量子點的熒光發(fā)射光譜范圍在從藍(lán)光到紫外光的短波范圍，因此它在電子行業(yè)應(yīng)用的巨大潛力吸引了不少科研人員的注意。在有機金屬法合成技術(shù)改進(jìn)后，XX年，Reissue等首先用CdO作前體，用HAD-TOPO作配體一鍋法制備了CdSe量子點，后以硬脂酸鋅作Se源，在CdSe量子點表面包覆了一層ZnSe，合成了CdSe/ZnSe。量子產(chǎn)率提高至60?85%。XX年，Mekis等［41］以Cd（Ac）2為Cd前體，首先在HAD-TOPO-TDPA混合體系中合成出CdSe量子點，然后在140°C下，利用在CdSe量子點溶液的上方通入H2S氣體的方法,合成出CdSe/CdS核殼結(jié)構(gòu)的量子點。表面包覆了CdS和ZnSe層后的CdSe量子點具有窄的半峰寬（fwhm~27?35nm）量子產(chǎn)率高達(dá)50?85%。由于殼核材料之間帶寬差異較小，量子點穩(wěn)定性不強，容易被氧化。XX年，alapin等合成殼核式量子點穩(wěn)定性有所提高。但是用到有機鋅作為包殼原料,因此增加了操作的復(fù)雜性。2.3多元混晶量子點的制備在XX-XX年間，Bailey等以Se-TOP和Te-TOP作為Se、Te前體，將一定比例的Se、Te混合前體溶液在300°C下注入到CdO在高溫下溶解在TOPO-HDA混合體系中形成的Cd前體溶液中的方法合成了CdSeTe三元量子點，通過調(diào)節(jié)Se與Te的比例合成獲得CdSeTe三元量子點的最大發(fā)射波長可以達(dá)到850nm，量子產(chǎn)率為20~60%，使得II-皿族量子點的熒光發(fā)射波長不再局限于可見光的范圍內(nèi)，而達(dá)到了近紅外區(qū)，這種量子點更有利于在生物成像中的應(yīng)用。三元量子點不再需要通過尺寸來調(diào)整發(fā)光光譜范圍了，只需要調(diào)節(jié)前體濃度即可。這樣使操作更容易控制，更加人性化。然而所得CdSeTe量子點的分散性較差，半峰寬較大。XX年，Jiang等［44］在TOPO中合成的CdSeTe量子點的表面包覆了CdS層，克服了表面氧化，合成的核殼結(jié)構(gòu)三元量子點的不僅實現(xiàn)了發(fā)射光譜在600~850nm而且半峰寬都小于50nm,量子產(chǎn)率則提高到30%以上。由于制備原料中用到劇毒二甲基鎘作隔前體，操作復(fù)雜。XX年，Thmas等［45］用改進(jìn)后的高溫?zé)峤夥?，即采用CdO和ZnO代替有機有毒前體，在TOPO-ODE-Oleicoil混合體系中合成高質(zhì)量的CdTeSe/CdZnS殼核式混晶量子點,發(fā)光光譜范圍在700?800nm,量子產(chǎn)率提高到50%，豐富了近紅外熒光量子點家族。多元量子點的另一個分支即摻入式量子點也在不斷發(fā)展中，和普通發(fā)光材料，如有機熒光染料和無機磷粉等相比，量子點具有明顯的優(yōu)點：窄且對稱的發(fā)射光譜，具有可調(diào)諧的寬的吸收光譜，零擴散，抗光漂白性等，摻入式量子點不僅保留了以上優(yōu)點，而且具有較大的斯托克斯位移，解決了普通量子點自猝滅的問題。這種較寬的斯托克斯位移是由于在類似原子發(fā)射的狀態(tài)下，和母體量子點的吸收帶隙相比摻雜物的發(fā)射帶隙較窄所致。當(dāng)然，摻入式量子點的研究也不是新鮮話題了，自1994年以來有不少報道。1994年，Bhargava等首次報道了在有機體系中合成摻入Mn的ZnS量子點，所制備量子點的尺寸從3.5?7.5nm可調(diào)，量子產(chǎn)率為18%。實驗還發(fā)現(xiàn)，量子產(chǎn)率隨量子點尺寸減小而增大。1996年,Kelly等［48］繼續(xù)研究了摻入Mn的ZnS量子點，發(fā)現(xiàn)Mn的摻入位置與量子點的光學(xué)性質(zhì)有關(guān)。1998年，Join等用有機金屬法合成摻入Er的納米硅材料。1999年，F(xiàn)redericv等在有機體系中合成摻入Mn的CdSe。XX年，Norris等合成摻雜Mn的ZnSe，常溫下量子產(chǎn)率達(dá)22%，而且證實了Mn存在于ZnSe內(nèi)部。之后又有一些此類研究，以上摻入式量子點都是通過傳統(tǒng)方法合成的，基于摻入離子和母體離子競爭反應(yīng)所得，不易控制及優(yōu)化量子點性質(zhì)。通過觀察以上合成的摻入式量子點的熒光發(fā)光光譜發(fā)現(xiàn)，混有一部分未摻入的離子發(fā)光。XX年，Yang等報道了一種新式合成方法制備了摻入Mn的CdS/ZnS核殼量子點，合成步驟如下：核結(jié)構(gòu)CdS的合成MnS在CdS表面生長ZnS的生長。這種方法使得Mn的摻入位置和摻入濃度得到精確控制,并且實驗表明發(fā)光性質(zhì)和Mn的摻入位置密切相關(guān)，當(dāng)Mn摻入在ZnS殼中，量子產(chǎn)量最高，在常溫下可達(dá)56%，是之前合成最好記錄的2倍°XX年，Narayan等采用上述方法合成摻入Mn的ZnSe量子點，發(fā)光光譜范圍在565?610nm，最終量子產(chǎn)率50%。更重要的是所合成量子點不含Cd等有毒離子而且在300°C的高溫下依然穩(wěn)定。XX年，他們[59]將所合成的摻入Mn的ZnSe量子點應(yīng)用于生物領(lǐng)域。經(jīng)過MPA的表面離子交換，MPA中的巰基和羧基使量子點具有水溶性和生物兼容性，在外界大氣相通連續(xù)光照的情況下，亦可穩(wěn)定存在25天。和生物大分子結(jié)合后量子產(chǎn)率為達(dá)40%。這種無鎘，穩(wěn)定，高量子產(chǎn)率及小尺寸的水溶性量子點是目前比較理想的生物熒光探針。XX年，Yang[60]又對摻入Mn的CdS/ZnS核殼量子點的機理進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)摻雜物Mn的量子產(chǎn)率和量子點的尺寸，形狀和核晶形無關(guān)，而和三個動態(tài)過程有關(guān)：(1)摻入物的吸附;(2)摻入物的替換;(3)核晶格的生長有關(guān)。因此，可以通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，摻雜物的化學(xué)組成和核生長的前體來控制摻入過程。綜上所述，我們可以看出量子點有機制備的兩個發(fā)展趨勢：其一是合成方法上的改革，使用一些低成本，低污染的綠色環(huán)保型試劑代替高毒，昂貴的試劑。例如油酸，液體石蠟的使用代替TOPO,TOP等。其二是合成量子點結(jié)構(gòu)上的變化。從最初的單核結(jié)構(gòu)量子點，到核殼式結(jié)構(gòu)量子點，再到近來合成比較熱門的混晶多元量子點?；炀Ф嘣孔狱c的具有更加優(yōu)異的光學(xué)性能,通過改變組成比例不用改變量子點尺寸來實現(xiàn)發(fā)光光譜的調(diào)節(jié)獲得覆蓋近紅外以及整個可見光區(qū)光譜,這是二元量子點無法實現(xiàn)的。在操作過程中,改變前體的組成比例往往比調(diào)節(jié)尺寸更容易控制而且精確度更高。3在水相體系中合成雖然有機相中制備的量子點具有尺寸分布范圍窄,熒光量子產(chǎn)率高等優(yōu)點,但是因為其是油溶性的,與生物環(huán)境不相容,不能直接用于生物體系,經(jīng)過水溶性基團(tuán)修飾轉(zhuǎn)移到水相中,量子產(chǎn)率降低,甚至發(fā)生完全熒光猝滅現(xiàn)象。這是因為水是強極性溶劑,能夠誘導(dǎo)量子點相關(guān)的各種平衡，使量子點表面很難在水相體系中鈍化水相合成量子點操作簡便、重復(fù)性高、成本低、表面電荷和表面性質(zhì)可控，很容易引入各種官能團(tuán)分子，因而近年來水溶性量子點的制備成為人們研究的熱點。3.1水溶液中利用各種穩(wěn)定劑直接合成量子點水溶性量子點有望成為一種很有發(fā)展?jié)摿Φ纳餆晒馓结?。目前，多利用水溶性巰基化合物、檸檬酸等作為穩(wěn)定劑直接在水相中合成量子點。巰基化合物、檸檬酸等對量子點的穩(wěn)定性及功能化起重要作用，不同穩(wěn)定劑使量子點具有不同表面結(jié)構(gòu)，從而具有不同的發(fā)光效率。選擇帶有適當(dāng)官能團(tuán)的穩(wěn)定劑，對于控制量子點的表面電荷及其他表面特征極為重要，尤其當(dāng)需要水溶性量子點作熒光標(biāo)記時，穩(wěn)定劑的選擇就尤為重要。3.1.1巰基類穩(wěn)定劑自從1993年TijanaRajh第一次報道在水溶液中直接合成巰基甘油包覆的CdTe納米晶以來，人們在設(shè)計合成用巰基小分子作穩(wěn)定劑的水溶性量子點的技術(shù)水平逐步完善，所得量子點的光學(xué)穩(wěn)定性有了很大提高。該方法的基本原理可以描述如下：選用離子型前驅(qū)體，陽離子為Zn2+、Cd2+或Hg2+；陰離子為Se2-或Te2-；配體選用多官能團(tuán)巰基小分子，如巰基乙醇、TGA（巰基乙酸）、巰基乙胺、GSH（谷胱甘肽）、半胱氨酸等；介質(zhì)為水。通過回流前驅(qū)體混合溶液使納米晶逐漸成核并生長。巰基水相合成有諸多優(yōu)點，以水為介質(zhì)，以普通鹽為反應(yīng)前體，既綠色環(huán)保又成本低廉；實驗操作過程簡單，一般實驗室都能制備，而且可以進(jìn)行放大反應(yīng)；無需進(jìn)一步的表面親水修飾即可應(yīng)用于生物熒光探針研究；量子點表面的多官能團(tuán)配體也有利于進(jìn)一步的復(fù)合與組裝。但該方法也有明顯缺點，如發(fā)光效率較低；熒光半峰寬(60?100nm)較寬；制備紅色熒光納米晶的消耗時間過長，形成量子點穩(wěn)定性不夠等。針對以上一些問題，人們在合成過程中進(jìn)行優(yōu)化，量子產(chǎn)率有所提高，穩(wěn)定性有所加強。XX年，Guo等［66］人用改進(jìn)的方法合成TGA包裹的高質(zhì)量CdTe量子點。通過優(yōu)化了配體與鎘比例,改變了鎘單體存在形式，當(dāng)TGA/Cd2+的比例為1.2時，將TGA穩(wěn)定的CdTe納米晶量子效率提高到50%。A.Eychmuller等［67］通過計算證明單巰基鎘形式的單體對納米晶的發(fā)光最有利。利用類似方法，A.L.Rogach等［97］人不僅使巰基甘油穩(wěn)定的CdTe納米晶量子效率提高到25%，而且合成TGA包覆的CdTe最高量子產(chǎn)率可達(dá)60%。XX年,Li等［68］人系統(tǒng)的研究了巰基丙酸(MPA)包覆的CdTe量子點反應(yīng)條件，實驗中得到，Cd前體溶液的PH值起著至關(guān)重要的作用，當(dāng)PH值等于8.0時，量子產(chǎn)率達(dá)到40?67%。XPS和XRD的表征結(jié)果說明量子點表面形成的Cd-MPA復(fù)合物,不僅減少了表面缺陷而且形成了空間障礙阻止量子點生長。Zhao等［69］人研究了前驅(qū)體中Cd/Te比例對CdTe納米晶發(fā)光的影響，發(fā)現(xiàn)Cd/Te比例越高納米晶的表面修飾越好。XX年，Chen等［70］人直接在水相中合成半胱氨穩(wěn)定的CdTe量子點，不同之處在于，用半胱胺作保護(hù)劑的量子點合成后無需加熱即可發(fā)出較強熒光。同年，Jiang等［71］用GSH作穩(wěn)定劑合成CdS量子點，通過提高反應(yīng)溫度，使得反應(yīng)時間大大縮短，量子產(chǎn)率提高至36%。近來，Yang等［72］用谷胱甘肽和半胱氨酸(GSH:Cysteine=1:3)作保護(hù)劑合成高質(zhì)量的CdTe量子點，這是首次使用混合保護(hù)劑在水相中合成量子點，一方面，兩者都含有氨基和羧基，水溶性好；其次兩者之間亦能形成氫鍵，能夠阻止量子點表面巰基的擴散；再者就是半胱氨酸鏈長較短，反應(yīng)速度快，能夠更好的鈍化表面缺陷。最終使合成量子點的量子產(chǎn)率達(dá)70%以上，這是目前不經(jīng)后處理的水相合成量子點的最高量子產(chǎn)率。除了優(yōu)化量子點制備過程中反應(yīng)條件外，研究者們還發(fā)展了很多制備量子點的新技術(shù)。其中包括水熱法和輔助微波法等。水熱法是無機合成和晶體制備相結(jié)合的方法。它是指在特制的密閉反應(yīng)器(如高壓反應(yīng)釜)中，以水作為反應(yīng)體系，通過將水加熱到超臨界溫度或接近超臨界溫度，在反應(yīng)體系內(nèi)產(chǎn)生高壓，從而進(jìn)行無機合成與材料制備的一種方法［73］。水熱法繼承和發(fā)展了水相法的全部優(yōu)點，克服了水相法的高溫回流溫度不能超過100°C的缺點。由于合成溫度的提高，使得量子點的制備周期明顯縮短，因成核與生長過程的分開，量子點表面缺陷有了明顯的改善，顯著提高了量子點的熒光量子產(chǎn)率。所以，目前水熱法己經(jīng)成為直接用做生物熒光探針的量子點的主要合成方法。水熱法制備量子點是將水相合成量子點的原溶液，再放入密閉的聚四氟乙烯硝化罐中，加熱量子點溶液到160°C或180°C，可有效地減少量子點表面缺陷，提高發(fā)光效率。水熱法篇三：磁性量子點的水相合成及性能研究天津工業(yè)大學(xué)綜合實驗報告實驗名稱：磁性量子點的水相合成及性能研究專業(yè)/班級：應(yīng)用化學(xué)1004報告人：馬春平（學(xué)號：1011530420）實驗成員：馬春平龍雅楠白雅麗吳立蕓馬振悅田云劍指導(dǎo)教師：許世超日期：XX.09.16——XX.09.20磁性量子點的水相合成及性能研究量子點背景知識介紹量子點材料是指在材料三個維度上的尺寸都要比電子的德布羅意波長小，電子在三個方向上都不能自由運動，能量在三個方向上都是量子化的。從20世紀(jì)70年代末起，量子點就引起了物理學(xué)家、化學(xué)家、電子工程學(xué)家的廣泛關(guān)注。但在過去20多年的時間里，人們把