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试议水溶性CdSe_xTe_(1x)/ZnS量子点和SnS纳米晶制备与光电性质

收藏本文 2024-03-18 点赞:13288 浏览:50252 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:半导体纳米材料,尤其是Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族和Ⅳ-Ⅵ族半导体纳米晶在光、电和超导仪器等方面具有非常广泛的运用。这些半导体纳米晶的尺寸、形貌及能级结构直接影响到它们的光、电、热和力学等性质,所以制备高质量的半导体纳米晶和高效制约半导体纳米晶的形状与尺寸就显得尤为重要。Ⅱ-Ⅵ族元素构成的量子点的荧光效率较高,且它们的荧光发射光谱几乎能够覆盖光谱中的整个可见区,甚至拓展到近红外和红外区段,在水相中制备的量子点水溶性较好,可用于生物标记、生物成像和生物探针中;Ⅳ-Ⅵ族半导体纳米晶的禁带宽度较窄,尤其是SnS的禁带宽度为1.3eV,与太阳光中的近红外及红外波段光匹配度较高,能很好地利用太阳光中的近红外及红外波段的低能量光,且SnS的光转换效率高,锡和硫元素在地球上的储量丰富,安全无毒,由此SnS是制备光电导原件、近红外检测器和光伏打电池的理想材料。本论文主要探讨合成了CdSexTe1-x/ZnS量子点和SnS纳米晶,并初步考察了它们的光电性质,具体探讨内容如下:一、采取水相回流法制备了具有核-壳结构的量子点,形成的Type-Ⅰ型核-壳结构量子点不但可以提升内层量子点的量子产率,而且可以减小内层量子点的毒性。本论文中内层核量子点采取发光效率较高的CdSe和CdTe量子点所组成的CdSexTe1-x合金量子点,而壳层则采取毒性非常小的ZnS。探讨结果表明,这种内层合金结构既可通过转变量子点的粒径大小,也可通过转变内层量子点的组成成分比例来调节量子点的荧光发射波长。本部分具体探讨了回流反应时间、反应系统的pH值和硒碲摩尔比例等对CdSexTe1-x量子点的荧光发射光谱的影响以及反应时间、硒碲摩尔比例、包覆ZnS层数和陈化时间对CdSexTe1-x/ZnS量子点荧光性质的影响。实验结果表明在系统的初始pH值为9左右,硒碲摩尔比例为1:2,包覆两层ZnS条件下制备得到的CdSexTe1-x/ZnS量子点的荧光最强,且陈化一段时间后量子点的荧光显著增强,量子产率增加。二、本部分采取低毒的氧化亚锡为前驱体,1-十八烯作为溶剂,油酸和油胺作为表面保护剂,用热注入法在较低温度(约180℃)下制备得到具有不同尺寸和形状的SnS纳米晶。具体探讨了制备SnS纳米晶时所采取的混合保护剂中油酸与油胺的体积比例、制备温度、前驱体摩尔浓度和配比对SnS纳米晶的形貌和晶相的影响。结果表明在所有条件下制备的SnS纳米晶的晶相均为以立方相为主晶相和斜方相为次晶相的混合相。本部分还进一步探讨了高温煅烧后SnS薄膜的光电流、循环伏安等光电性质,实验结果表明SnS薄膜的平均光电流可达到3.8nA/cm2,且光电流稳定,重复性较好。这部分的探讨为SnS运用到太阳能电池中提供了一定的实验基础。关键词:量子点论文水溶性论文CdSe_xTe_(1-x)/ZnS论文SnS纳米晶论文制备论文光电性质论文

    摘要6-8

    ABSTRACT8-13

    第一章 绪论13-28

    1.1 Ⅱ-Ⅵ族和Ⅳ-Ⅵ族半导体纳米晶13-14

    1.2 Ⅱ-Ⅵ族量子点的类型14-19

    1.2.1 核壳结构14-16

    1.2.2 合金结构16-18

    1.2.3 金属离子掺杂结构18-19

    1.3 量子点和纳米晶的运用19-22

    1.3.1 生物医学19-20

    1.3.2 光电材料20-22

    1.3.2.1 光致发光器件(LED)20-21

    1.3.2.2 太阳能电池21

    1.3.2.3 远程通讯放大器21-22

    1.4 量子点和纳米晶的制备策略22-24

    1.4.1 金属有机化学法22-23

    1.4.2 水相回流合成法23-24

    1.4.3 SnS纳米晶的制备策略24

    1.5 热注入法合成机理24-25

    1.6 本论文选题思路25-28

    第二章 水溶性CdSe_xTe_(1-x)/ZnS量子点的制备与性质28-48

    2.1 引言28

    2.2 实验部分28-32

    2.2.1 主要试剂29

    2.2.2 实验仪器29

    2.2.3 量子点的制备29-31

    2.2.4 表征策略31-32

    2.2.4.1 X射线粉末衍射(XRD)31

    2.2.4.2 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)31

    2.2.4.3 荧光发射光谱(FL)31

    2.2.4.4 透射电子显微镜(TEM)31-32

    2.3 结果与讨论32-47

    2.3.1 硒与碲不同摩尔比例对CdSe_xTe_(1-x)量子点的光学性质和结构的影响32-36

    2.3.1.1 紫外-可见吸收光谱32-33

    2.3.1.2 荧光发射光谱33-34

    2.3.1.3 X射线粉末衍射光谱34-36

    2.3.2 pH值对CdSe_xTe_(1-x)量子点的荧光性质影响36-38

    2.3.3 回流时间对CdSe_xTe_(1-x)和CdSe_xTe_(1-x)/ZnS量子点的荧光性质影响38-40

    2.3.4 ZnS层数对CdSe_xTe_(1-x)/ZnS量子点的荧光性质影响40-41

    2.3.5 硒与碲摩尔比对CdSe_xTe_(1-x)/ZnS量子点的荧光性质影响41-42

    2.3.6 硫源种类对CdSe_xTe_(1-x)/ZnS量子点的荧光性质影响42-44

    2.3.7 陈化时间对CdSe_xTe_(1-x)/ZnS量子点的荧光性质影响44-46

    2.3.8 CdSe_xTe_(1-x)/ZnS量子点的形貌46-47

    2.4 小结47-48

    第三章 SnS纳米晶的制备及性质48-65

    3.1 引言48-49

    3.2 实验部分49-51

    3.2.1 主要试剂49

    3.2.2 实验仪器49-50

    3.2.3 SnS纳米晶和SnS薄膜的制备50-51

    3.2.4 表征策略51

    3.2.4.1 X射线粉末衍射(XRD)51

    3.2.4.2 紫外-可见-近红外吸收光谱(UV-Vis-NIR)51

    2.2.4.3 透射电子显微镜(TEM)51

    3.3 结果与讨论51-63

    3.3.1 SnS的X射线粉末衍射光谱51-52

    3.3.2 SnS溶液的紫外-可见-近红外吸收光谱52-53

    3.3.3 油酸和油胺的体积比对合成SnS的影响53-55

    3.3.4 反应温度对合成SnS的影响55

    3.3.5 前驱体浓度对合成SnS纳米晶的影响55-58

    3.3.6 前驱体摩尔比例对合成SnS纳米晶的影响58-59

    3.3.7 SnS薄膜的光电化学性质59-63

    3.3.7.1 煅烧对SnS薄膜和SnS纳米晶的影响59-60

    3.3.7.2 SnS薄膜的循环伏安性质60-61

    3.3.7.3 SnS薄膜的线性扫描伏安性质61-62

    3.3.7.4 煅烧温度对SnS薄膜的光电流影响62-63

    3.4 小结63-65

    第四章 结论与展望65-67

    4.1 结论65-66

    4.2 展望66-67

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