室温下两相界面法制备量子点及其表征-生物化学与分子生物学专业毕业论文

1、.对 产 物 的光 学性 能进 行 了表 征 。实验 结果表 明 ，产 物 为粒 径 1.8一2 .2 nm 的立 方 晶 C d S 量 子 点 ，紫 外 峰 很 窄 说 明粒 径 分 布 均 匀 。并 针 对 反 应 时 间 、pH 值 、反 应 物 c d2+和 52一浓 度 比及 搅 拌 速 度 对 其 性 能 的影 响做 了研 究 ，推 断 出上 述 4 种 因素对 C dS 量 子 点 的粒 径 大 小 几 乎 没 有 影 响 (紫 外 峰 在 3 ro nm 固定 不 动 ) ，只 能 改 变 产 物 浓 度 ，只 有 温 度 变 化 才 能 改变 粒 径 大 小 。通 过 与微

2、 乳 液 法 和 水 相 法 的对 比 ，更 突 出 了此 合 成 方 法 在 控 制 粒 径 大 小 方 面 的优 越 性 。并对 C d S 量 子 点 的形 成 机 理 进 行 了研 究 探 讨 ，解 释 粒 径 非 常 稳 定 的深 层 原 因 可 能 是 C d 2+和 5 2- 在 室 温 下 油 水 相 界 面 发 生 反 应 的速 率 较 低 ，易 生 成 一 种 粒 径 极 小 、大 小 均 一 具 有 非 常 稳 定 结 构 的 C d S 量 子 点 ， 除温 度 外 各 种 反 应 条 件 的 变 化 都 不足 以改 变 此 种 稳 定 结 构 。类 似 的 ，用 两

3、相 界 面 法 制 备 C d se 量 子 点 。室 温 下 ， 以油 酸 锡 为 C d 源 、硒 代 硫 酸 钠 为 S e 源 ，通 过 油 水双 层 搅 拌 在 两 相 界 面 首 次 制 备 出单 分 散 于 有 机 相 的 C d se 量 子 点 。采 用 透 射 电子 显 微 镜 、X 射 线 衍射 仪 、紫 外 分 光 光 度 法 和 荧 光 分 光 光 度 法 对 产 物 进 行 了表 征 。实验 结 果表 明 ，产 物 为 粒 径 3 .6一4.O nln 的立 方 晶 C d s e 量 子 点 ， 随 反 应 时 间 增 加 粒 径 变 大 ，最 佳 C 矛+和 S

4、 eZ一浓 度 比为 2 : 1，最 佳 搅 拌 速 度 240 对m in 。量 子 效 率 最 大 可 达 50 .4% ( 以 R dm 560 水 溶 液 在 其 激 发 波 长 400 nm 处 紫 外 吸 收 为 0.1 时的发 射 强度 为基 准 计算 )。量 子 点最 终均 匀 分 散 于 有 机 相 中 ，产 量 可 与 水 相 合 成 相 比较 。另 外 ，油 酸 在 反 应 中 同 时 担 任 反 应 物 和 表 面 活 性 剂 ，其 空 间位 阻在 量 子 点 形 成 过 程 中起 到 稳 定 反 应 物 的 作 用 。.;以 N 处Te O 3 为 Te 源 ，C d

5、CI : 为 C d 源 在 油 水 两 相 界 面 制 备 C dTe 量 子 点 ，并 针 对 其 生 长 过 程 中反 应 物 浓 度 比和 反 应 时 间等 因 素 的影 响 做 了初 步 研 究 。以柠 檬 酸 三 钠 和 SN T A 为 稳 定 剂 、正 辛 胺 为 表 面 活 性 剂 的相 界 面 制 备 方 法 中 ，最 佳 反 应 温 度 为 95 ，最 佳 反 应 时 间 是 3 小 时 ，反应 前 驱 体 中 反 应 物 C 矛十和 T eZ一的最 佳 浓 度 比为 6 : 1 。以上 三 种 量 子 点 均 可 用 两 相 界 面 法 成 功 制 备 ， 其 中表 面

6、 活 性 剂 (油 酸 和 正 辛 胺 ) 和 油 相 的选 择 非 常 重 要 。这 种 新 颖 的油 水 相 界 面 合 成 方 法 ，对 今 后 合 成 单 分 散 小粒 径 、高产 量 的纳 米 粒 子 有 着 重 要 意 义 。关键 词 : 量 子 点 ，相 界 面 ，紫 外 可 见 光 谱 ，荧 光 光 谱IN T E R P H A S E S Y N T H E S IS A N D C H A R A T E R IZ A T IO N O FQ U A N T U MD O T S A r R O O MT E M P E R A T U R EA B S T R A C

7、TR eeenily ，lu m in eseeot sem ieon d u cto r n an叩 art ieles (N P s)，also kn ow n as Iu m in eseent sem ieon du cto r qu antu m d ots (Q D s)，h ave attracted eo n sid erab le att entio n as no v el b io lo g ieallu m in e se e n i la b e ls b e e a u se o f t he ir u n iq u e o P tie a l P ro P e r

8、 tie s a n d th e la te n t v a lu e o fa P P lie a tio n .T h e sy n th e sis o f 11一V l se m ie o n d u cto r q u a n tu m d o ts h a v e b e e n im P r ov e d v e r y w e ll in m ie r oe m u lsio n P r eP a ra tio n a n d a q u e o u s P r eP a ra tio n . In e o m P a ri so n to a q u e o u s P r

9、 eP a ra tio n ，th e r e a re m a n y a d v a n ta g e s in m ic r oe m u ls io n P r eP a ra tio n ，su eh a s m ild re a ctio n e o n d itio n s a n d b e t te rfluo reseen ee P erform an ee . B ecau se o f the lo w y ield o f Q D s sy nth esized in m iero em u lsio n ，it 15im P o 比劝t to fin d o r

10、ereate a n ov el m eth o d to sy nthesize Q D s w ith ex im io u s一P roP erties andh igh ·y ield. It 15 rePorted that the C d s quantum dots (Q D s) d isPersed in organic Phase w ereo b ta in e d b y t he w /0 in te r ph a se re a ctio n . H o w ev e r，n o f ur th e r st ud ie s w e r e r eP o

11、r te d . T h e r ef or e it 15 neeess娜 to study the syn thesis of Q D s in the interi五ee of w ater and 0 11 to get Q D s w ith h igh er y ield a n d b et ter o P tiea l p r op er tie s·5 0 the aim o f th is stod y 15 to syn th esize and eh aracterize C d S ，C d s e and C dT e Q D s b y theW /0

12、in te r ph a se re a ctio n ·T he C dS quantum d ots (Q D s) w ere obtai ned by the inte rphase reaction m ethod using eadm iu m o le毗 an d thio acet别rnid e as Preeu rso r. M ean w h ile，the Pro d u ct w as eh aracterized by tran sm ission eleetro n m iero seo Py (T E M )， X 一ray d i价 aetio n (

13、X R D )， u ltrav io let一v isib lesP eetro seoPy (U V 一V is)，an d Ph oto lum in eseen ee sPeetro seoP y (P L ). C d S Q D s exh ib ited a n arro w siz e d istrib u tio n ra n g e d in 1 .8 一2 .2 n m a n d a e u b ie e r ysta l str ue t ur e. E f fe c t s o f t he re a ctio n tim e ， p H v alu e，the i

14、n itial eon eentr atio n ratio o r e dZ+z 5 2一 an d stirrin g sp eed o n th e p rop erties o f theP r od u e t w a s a lso in v e stig 咖 d . T h e 4 f ac to r s a b o v e h a v e n o e f fe c t o n t he g ra in d ia m e te r. Ine d d itio n ，t his m e th o d d isP la y s a d v a n t ag e s in P r od

15、 u e in g th e b e t te r d isP e r se d q u a n tu m d o ts w it h la rg e q u a n titie s in e o m P 州 so n t o m ie r oe m u lsio n P r eP a ra tio n a n d a q u e o u s P r eP a ra tio n . M e a nt im e ， th e P o ssib le m e c h a n ism o f t he r ea c tio n w a s sim P ly d ise u sse d .T h e

16、C d s e q u an tu m d o ts (Q D s) w ere o rig in ally o b tain ed b y th e b ilay er-stirrillg in terph aser ea ctio n o f e a d m iu m o le a te d isso lv e d in th e o rg a n ie so lv e n t a n d N 贬 S e S 0 3 d isp e r se d in w a te r，resP eetiv ely . T h e resu ltant w as eh aracterized by T E

17、 M ，X R D ，U V 一V is，P L . C d s e Q D s exh ib ited a n a rr o w siz e 一d ist rib u tio n r an g e d in 3 .6 一 0 n m a n d a e u b ic e r yst al str ue t ure . T h e P a rt ie le siz e inereased w ith th e in ereace o f re叭 io n tim e. M eanw h ile，stab le C d s e Q D s d isP ersion s in h ex aneea

18、n be obtain ed w ith oPtim al start ing m o lar ratio o r e dZ+/ s e，一 at Z :1 and sti币n g speed at 240 r pm . T h e q u a n t Um e f fi e ie n ey e a n r ea ch 5 0 .4 % . T h e s te rie e la sh o f o le ie a c id h a s sP e e ia l e f fe e ts o n th e r ea cta n t. A d d itio n a lly ，th is m eth o

19、 d d isP la y s a d v a n ta g e s in P r od u e in g th e b e t te r d isP e r se dP a rt ie le s w i th la rg e q u a nt itie s in e o m P a ri so n to e o n v e n tio n a l m e t ho d s .N 匆Te O 3 w ere PreP are d as T e so urc e，C dC 12 as C d so urc e to sy nth esize d iffe rent C d T e Q D s.W

20、 ith triso d ium eltrate and S N T A as stab llizing agents，the stab le C dT e Q D s ean b e obta ined w henoptim al tem peratu re w as 9 5 oC，reaction tim e w as 3 h ，and start ing m o lar rat io of e dZ+z T e21w a s 6 :1 .A ll the Q D s (C d S ，C d s e and C d T e) can be synth esized b y the inte

21、rphase reactio n m eth od .S u rf ac e a Ct iv e a g e n t a n d o r ga n ie so lv e n t P la y e d d e e isiv e P a r ts d u ri n g t he r ea ct io n . T h is n e wm ethod in o ur study m ay be also useful for PrePari ng other m onod isP ersed and h igh 一ieldn a n o P 叭 ie le s .X ueq in A n (B io

22、ehem istry and M o leeu lar B iolo gy )S u P e r vise d b y : X in g P in g Z h o uK E Y W O R D S : Q o s， inte rface， ultrav iolet一visible spectroscop苏 photo lum inescencesP e ctro sc o P y目 录室 温 下 两 相 界 面 法 制 备 量 子 点 及 其 表 征 .”.“.“”.“”.“. ”.”“”“二“”“二”“二“”:.I摘 要 ”:.”.”“.“”“”“.”“. ”. ”“”“”.” “”“ ”“

23、”“”“.”.“.”二”.”.”“二”“”二IA B S T R A C T 。”二”. ”. .”.“”“”. .“”. .“”: .“”.“. .“”. .“”“”“”“. .”“”“. 】V目 录 .“二“”.”.“.”“”“”“”“”“”“.”.”.”.” “”“”“”“”“”“”二vi第 一 章绪 论 ”“.“”二”.“”.“”“”“”“”“”“”.“.“”“”.“”“”“”“.l 1.1 前 言 .11.2 纳 米 材 料 概 述 .11.3 荧 光 量 子 点 概 述 .，.，.，二，.，.，31.3 .1 表 面 效 应 .41.3 .2 量 子 尺 寸 效 应 .1.3 .3

24、 量 子 点 的 发 光 原 理 .，.，.，.1.3 .4 量 子 点 的 光 学 特 性 .，.51.4 量子 点合 成 的研 究现状 .71.4 .1 有机 金 属 法 .71.4.2 琉 基 水 相 法 .，.71.4.3 水 热 法 .，.81.4.4 微 乳 液 法 .，.81.5 量 子 点 在 生 物 学 中 的 应 用 .，.，.91.5 .1 细 胞 标 记 .，.“.，.，.1.5 .2 活 体 和 组 织 成 像 .101.5 .3 量 子 点 标 记 D N A .，.101.5 .4 临床 诊 断 .。，”，“，.，.，.101.5 .5 离 子 探 针 .，.11

25、1.6 课 题 的 提 出 和 主 要 内容 .，.11第 二 章实 验 仪 器 、 实 验 试 剂 及 表 征 测 试 方 法 “.“. “.，. ”.”“ ”“.13 2 .1 实验 仪 器 及 试 剂 .132 .1.1 实 验 仪 器 .、.132 .1.2 实 验 试 剂 .，.，142.2 表 征 测 试 方 法 .，.142.2 .I X 射 线 衍 射 (X R D ).，.142.2.2 紫 外 一可 见 光 (U V- 劝 s) 吸 收 谱 .152.2.3 荧 光 (P L ) 光 谱 .巧2.2.4 透 射 电子 显 微 镜 (化 M ) .162.2.5 量 子 产

26、率 (Q Y s ) .，.，.，.16第 三 章室 温 下 两 相 界 面 法 制 备 C d S 量 子 点 及 其 表 征 :.“”“”“”.”“”“”.”:.18 3 .1 引言 .，.183 .2 实 验 部 分 .，.193 .2 .1 油 水 两 相 界 面 法 制 备 C d S 量 子 点 .，.193 .2.2 微 乳 液 法 制 备 C d S 量 子 点 .193 .2.3 水 相 法 制 备 C d S 量 子 点 . 03 .3 实 验 结 果 及 讨 论 .203 .3 .1 C d S 量 子 点 的 结 构 .203 .3 .2 C d S 量 子 点 的 X

27、 R D 图 谱 .203 .3 .3 C d S 量 子 点 的 紫 外 荧 光 图 谱 .213 .3 .4 反 应 时 间对 C d S 量 子 点 紫 外 吸收 的影 响 .，.223 .3 .5 反 应 物 配 比对 C d S 量 子 点 紫 外 吸 收 的 影 响 .233.3 .6 pH 值 对 C d S 量 子 点 紫 外 吸 收 的影 响 .243.3.7 搅 拌速 度 对 C dS 量子 点紫 外 吸收 的影 响 .，.253 .3 .8 油 酸 量 对 C dS 量 子 点 紫 外 吸 收 的 影 响 ，.，.，. 53 .3 .9 不 同方 法 对 C d S 量

28、子 点 紫 外 吸 收 的 影 响 .263 .3 .10 C dS 量 子 点 的形 成 机 理 的研 究 . 73 .4 小 结 .，.29第 四章室 温 下 两相 界 面 法 制 备 C d se 量 子 点及其 表 征 .”.“”“”“”.”“”314 .1 引言 .引4.2 两相 界 面 法 制 备 C d se 量 子 点 .，. 14.3 实 验 结 果 及 讨 论 .，.324.3 .1 C d s e 量 子 点 的 形 貌 .，.324.3 .2 C ds e 量 子 点 的 X R D 图谱 .334.3 .3 C d s e 量 子 点 的紫 外 荧 光 图谱 .，.3

29、44.3 .4 反 应 时 间对 C d s e 量 子 点 紫 外 荧 光 性 能 的影 响 .，.，.，.354 .3 .5 搅 拌 速 度 对 C d se 量 子 点 紫 外 荧 光性 能 的影 响 .，.374.3 .6 反 应 物 浓 度 比对 C d se 量 子 点 紫 外 荧 光 性 能 的影 响 .394.3 .7 p H 值 对 C d se 量 子 点 紫 外 荧 光 性 能 的影 响 .414.3 .8 反 应 接 触 面 积 对 C d se 量 子 点 紫 外 荧 光性 能 的影 响 . 24.3.9 双 层反 应 和 油 水 混合 反 应 对 C dse 量子

30、点紫外 荧 光性 能 的影 响 . 34.3 .10 油酸 在 两相 界 面 法 合 成 量子 点 中起 到 的作 用 .444.4 小 结 .，.45第 五 章两 相 界 面 法 制 备 C d Te 量 子 点 及 其 表 征 ”“”.“.”“”“”“”“”47 5 .1 引言 .475.2 两 相 界 面 法 制 备 c dTe量 子 点 .，.···.·················&#

31、183;··································· 75 .3 实 验 结 果 及 讨 论 .，.，.，.，.，.，.·.····.·.··&

32、#183;····· 85 .4 小 结 .51第 六 章结 论 及 展 望 .”“”.”“.“”“.”“”“”.”“”“”“”“”“”“”“二“.“”53参 考 文 献 “.“.“二“. ”“.”二”:.“”二”“.”“” “”“”“”.“S5硕 士研 究生 在 学 期 间发 表 学 术 论 文 .”“”二“·”“”:.”.“”“二”“”“”“”“”:.致 谢 二”. ”:.“”:.“二“”“”“”“”.“. ”“”.”“.” ”.”“.“”“”.”“”.”二”.“.“室温 下 两 相 界 面法 制备 量 子 点及 其 表 征第 一

33、 章绪论1.1 前 言量 子 点 111， 即 一 种 特 殊 的 纳 米 微 粒 ， 也 称 纳 米 量 子 点 ， 又 称 半 导 体 量 子 点 (quantUm dot，Q D )或 半 导 体 纳 米 微 晶体 (sem ieondu etor nan oe汀stal s)， 以其 优 良、 独 特 的光 学特 性 及 特 殊 的光 电性质 ，对 光 电转 换 、传 感 、显 示 、生物 成 像 等 方 面 具 有 重 要 的影 响 ，在 生 命 科 学 、分 析 科 学 、材 料 科 学 、免 疫 医 学 、检 验 检 疫 等 传 统 及 新 兴 领 域 逐 渐 发 挥 出越 来

34、越 大 的 作 用 。量 子 点 是 一 种 由 n 一vI 族 或 In 一V 族 元 素 组 成 的 稳 定 的 、水 溶 性 的 、尺 寸 在 1一10Iun 之 间 的 纳 米 晶粒 ， 目前 以 C d S 、C d se 、C d Te 、Z n S 等 的研 究 为 多 。1.2 纳 米材 料 概 述“纳 米 ”是 一 种 计 量 单 位 ， 即 10一米 。 日本 在 1974 年 底 最 早 把 这 个 术 语 用 到 技 术 上 ，但 是 以 “纳 米 ”来 命 名 材 料 是 在 2 0 世 纪 80 年 代 ，它 作 为 一 种 材 料 的 定 义 把 纳 米 颗 粒

35、限 制 到 1一loo nln范 围 。在 纳 米 材 料 发 展 的 初 期 ，纳 米 材 料 是 指 纳 米 颗 粒 和 由它 们 构 成 的 纳 米 薄 膜 和 固 体 。现 在 ，广 义 的纳 米 材 料 是 指 在 三 维 空 间 中至 少 有 一 维 处 于 纳 米 尺 度 范 围或 由它 们 作 为基 本 单 元 构 成 的材 料 。如 果 按 维 数 ， 纳 米 材 料 的基 本 单 元 可 以分 为 三 类 : (l)零 维 ，指 在 空 间 三 维 尺 度 均 为 纳 米 尺 度 ， 如 纳 米 微 粒 、 原 子 团簇 等 ; (2)一 维 ，指 在 空 间 有 两 维

36、处 于 纳 米 尺 度 ，如 纳 米 丝 、纳 米 棒 、 纳 米 管 等 ; (3)二 维 ，指 在 三 维 空 间 中 有 一 维 为 纳 米 尺 度 ，如 超 薄 膜 、多层 膜 、超 晶格 等 。因 为 这 些 单 元 往 往 具 有 量 子 性 质 ，所 以对 零 维 、一 维 和 二 维 的基 本 单 元 分 别 又 有 量 子 点 、量 子 线 和 量 子 阱 之 称 。纳 米 材 料 大 部 分 都 是 用 人 工 制 备 的 ， 属 于 人 工 材 料 。但 是 自然 界 中 早 就 存 在 纳 米 微 粒 和 纳 米 固 体 ， 例 如 天 体 的 陨 石 碎 片 ，人 体

37、 和 兽 类 的 牙 齿 以及 十 分 珍 贵 的 蛋 白石 等 都 是 由纳 米 微 粒 构 成 的 。纵 观 纳 米 材 料 发 展 的 历 史 ，大 致 可 以划 分 为 三 个 阶 段 : 第 一 阶 段 ( 19 9 0 年 以前 )主 要 是 在 实 验 室 探 索 用 各 种 手 段 制 备 各 种 材 料 的 纳 米 微 粒 粉 体 ，合 成 块 体(包 括 薄 膜 )，研 究 评 估 表 征 的方 法 ，探 索 纳 米 材 料 不 同于 常 规 材 料 的特 殊 性 能 。对 纳 米 微粒 和 纳 米 块 体材 料 结构 的研 究在 20 世 纪 80 年代 末 期 一度 形

38、 成 热潮 。研 究 的对 象 一般 局 限在 单 一 材 料 和 单 相 材 料 ，国际上 通 常 把 这 类 纳 米 材 料 称 纳 米 晶 (nan o卿 stal line )或 纳 米 相(nanophase)材料 。第 二 阶 段 ( 19 94 年 前 )人 们 关 注 的热 点 是 如 何 利 用 纳 米 材 料 已挖 掘 出来 的奇 特 物 理 、化 学 和 力 学 性 能 ，设计 纳 米 复合 材 料 。通 常采 用 纳米微 粒 与纳米 微 粒 复合 (O一O 复合 ) 纳 米微 粒 与 常 规 块 体 复 合 (0一3 复 合 ) 及 发 展 复 合 纳 米 薄 膜 (0一2 复 合 )， 国 际 上 通 常 把 这 类 材 料 称 为 纳 米 复 合 材 料 。这 一 阶 段 纳 米 复合 材 料 的合 成 及 物 性 的探 索 一 度 成 为 纳 米 材 料 研 究 的 主 导 方 向 。第 三 阶 段 (从 199 4 年 到 现 在 )纳 米 结 构 组 装 体 系 (nan ostru cture d assem bling s州 em )、人 工 组 装 合 成 的 纳 米结 构 的材 料 体 系 越 来 越 受 到 人 们 的关 注 或 者 称 为 纳 米 尺 度 的 图案 材 料 印atte