磷化铟核壳量子点的制备及其稳定性研究

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量子点由于其优异的光电性能备受科研界的关注,已被广泛应用于显示、太阳能电池和生物荧光标记等领域。近年来,研究者积极地对Cd系、Pb系量子点进行了广泛的研究,制备技术已较为成熟。然而,由于Cd元素和Pb元素的生物毒性限制了它们在生物医学领域的应用。磷化铟(InP)被视为新兴替代有毒量子点的一种半导体纳米晶体,由III-V族元素组成(带隙能量Eg:1.35 eV),波尔激子半径~10 nm,具有优异的生物相容性,通过调控量子点的粒径,其光谱范围可基本覆盖整个可见光区甚至到近红外区。目前大量的科学研究者正致力于研发高质量、大尺寸的InP量子点的制备方法,这将极大的促进InP量子点在生物医学领域的应用。本文提出一种持续注射法合成InP/ZnS核壳量子点。首先将磷化锌和硫酸反应生成的磷化氢气体通过稳定的Ar气流持续地注入高温铟前体溶液中,并在反应开始加入适量的锌和硫前体,可制得合金结构的InPZnS核,其量子产率达9%。该方法无需加锌回流处理,可直接升温包覆ZnS壳层,成功制备出发光波长至680 nm且量子产率接近50%的InPZnS/ZnS核壳结构量子点。同时系统地研究了反应物配比对量子点粒径的影响规律,结果表明:通过调控反应物配比可合成不同粒径的InP量子点,其光谱范围几乎可覆盖整个可见光区,甚至到近红外区。通过荧光光谱仪和紫外-吸收光谱仪测试研究InP量子点的光学特性,主要考察峰的位置、峰强度、半峰宽值的变化情况。同时,对制得的样品进行一系列的表征工作,通过X射线能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)及X射线衍射仪(XRD)观察其形貌结构。最后,采用其它磷前体探究了此方法的通用性,通过注射泵将三(二乙氨基)膦持续注入到高温铟前体溶液中,同样制备出粒径较大的InP量子点,其荧光峰的位置可至710 nm。本文还对InP/ZnS核壳量子点的稳定性进行了相关研究。以持续注射法制得的大尺寸InP/ZnS为研究对象,进行光稳定性测试,发现包覆带隙较大的ZnS壳层可以减缓但并不能完全钝化InP量子点表面。为进一步提高InP/ZnS核壳量子点的稳定性,我们采用正硅酸甲脂(TMOS)作前体,通过溶胶-凝胶法在InP/ZnS核壳量子点表面再包覆无机氧化物保护层,形成SiO2包覆的InP/ZnS核壳量子点,有效增强了InP/ZnS核壳量子点的稳定性。最后,本文还制备了Al掺杂的InP/ZnS核壳量子点,并研究了Al掺杂对稳定性的影响。采用热注射法合成InP/ZnS核壳量子点,包覆ZnS的同时进行Al掺杂,成功制得了Al掺杂的InP/ZnS核壳量子点(InP/ZnS:Al)。对Al掺杂的InP/ZnS和未掺杂的InP/ZnS核壳量子点进行稳定性测试,证明了Al掺杂能提高InP/ZnS核壳量子点的稳定性。
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