超窄荧光发射的绿色CdSe核壳量子点的合成

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胶体荧光量子点(QDs)由于其发光峰窄、色纯度高、荧光寿命强、荧光量子产率高、荧光光谱连续可调等优点在照明、显示、激光、生物检测等领域展现出巨大的应用前景,是目前备受关注的发光材料之一。高荧光量子产率、良好稳定性量子点材料的合成是促进其走向实际应用的必要条件。同时,快速发展的量子点基发光二极管、激光器研究对量子点荧光半峰宽(色纯度)的要求日益增加。然而,由于量子点核与壳层材料之间的晶格应力导致量子点壳层生长到一定厚度后量子产率开始降低,荧光半峰宽显著宽化。如何设计合成高量子产率、窄荧光半峰宽的大尺寸核壳结构量子点是目前量子点领域亟需解决的关键难题之一。本论文基于CdSeS、CdSe量子点,通过调控合成因素,设计壳层结构,构建窄荧光半峰宽的大尺寸核壳结构量子点,旨在探究高量子产率、窄荧光发射、良好稳定性大尺寸量子点体系的合成控制。1.针对CdSeS基量子点体系的合成化学进行系统探究。首先,CdSeS晶核生长过程中硬脂酸镉前驱体添加量的增加导致CdSeS量子点的荧光峰位发生红移,实现了CdSeS荧光峰位在500-550 nm范围内连续可调;监测CdSeS成核生长过程发现主要的生长过程在5分钟内完成,随后进入缓慢熟化阶段,且高温下2小时内量子点核的荧光峰型保持良好,展现出优异的稳定性。进一步地,在壳层生长的调控中发现,多次对CdSeS核进行纯化以去除反应体系中残留的前驱体有利于ZnSeS/ZnS壳层生长;增加反应溶剂有利于前驱体材料在量子点表面均匀吸附,有利于提高核壳结构量子点的整体质量。最终,确定了两步法合成出窄荧光发射、大尺寸的CdSeS基绿色量子点,基于此方案制备出荧光半峰宽为20 nm,尺寸可达13 nm的CdSeS/ZnSeS/ZnS核壳结构量子点。2.针对经典的CdSe基量子点体系的合成化学进行系统研究,详细研究了晶核生长时间、反应配体种类、量子点核浓度及壳层结构等因素对CdSe基核壳结构量子点生长动力学的影响。详细调控了油酸、油胺配体在壳层生长过程中的作用,当油酸油胺同时存在时,可以协同前驱体在量子点表面吸附,促进ZnSe壳层生长;改变CdSe量子点核的浓度进一步调控壳层生长的动力学过程,可以显著降低CdSe/ZnSe核壳结构量子点的荧光半峰宽,使其由~30 nm降低至20 nm;外延生长ZnSeS/ZnS将激子限域在壳层内,进一步优化荧光半峰宽、提高量子点的稳定性。最终成功制备了荧光半峰宽在~15 nm,尺寸大于19 nm的CdSe/ZnSe/ZnSeS/ZnS核壳结构量子点。CdSeS、CdSe量子点体系的化学合成研究发现壳层生长过程中配体种类、量子点核浓度及壳层结构设计是降低荧光半峰宽的关键因素,为窄荧光发射量子点的应用提供了材料基础,也为其它窄荧光发射、大尺寸核壳结构量子点的化学合成提供了研究思路。
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