磷烯、锑烯量子点光学性能及其痕量检测应用

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与传统方法相比,荧光法检测金属离子具有检测速度快,操作简单,价格低廉的优点。黑磷量子点(BP QDs)具有高的光致发光量子产率和可供修饰的表面,在荧光探针领域具有巨大的潜力。在这项研究中,通过热解方法制备了高质量的BP QDs,并首次在有机溶液和水溶液中用作痕量金属离子探针。水溶液中Hg2+和Cu2+的检出限分别为5.3 n M和1.6μM。另外,有机溶液中Cu2+的检测极限为16μM。通过一系列的测试分析,这种检测机制来源于BP QDs吸附金属离子与后,产生不同程度的荧光猝灭。猝灭的原理是两者之间有电荷转移机制的存在。为了验证这一结果。我们使用VASP软件对BP QDs和金属离子的吸附情况进行了模拟。经过对吸附金属离子的BP QDs的电荷分布情况的计算,进一步解释了荧光猝灭机理。我们的结果提供了一种无需有机分子的痕量金属离子的新型有前途的荧光探针。类似于磷烯,锑烯由于其依赖于厚度的能带结构而受到了广泛关注。然而,与磷烯不同,未掺杂的锑烯仅在单层极限具有间接带隙。在这项工作中,我们提出了一种电化学钠掺杂策略来调节锑的能带结构。第一性原理计算表明,在5.55%的掺Na锑中形成了0.88 e V的直接带隙,而未掺杂的锑烯则具有2.38 e V的间接带隙。光学和电学测量为这种能带的重建提供了明确的证据。我们通过制造基于锑量子点(QDs)的p型传导场效应晶体管中证明了这一点。通过电化学剥离方法,我们成功制备出了Sb:Na QDs。结合多种测试表征方法,我们发现Na的掺杂导致锑烯的带隙为0.86 e V。并且通过第一性原理对其进行了模拟计算。进一步支持了实验结果。基于钠掺杂锑烯制备的p-type的FET,具有良好优异的开关比和空穴迁移率为0.043 cm2V-1s-1,通过对空穴浓度的调节,我们将其的SERS应用进一步发掘。诱导的直接带隙使电场控制无等离子体的锑QDs上的表面增强拉曼散射成为可能,能够进一步将检测限提高到飞摩尔级。
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