纳米光电材料的双子表面活性剂辅助合成及其性质研究

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纳米光电材料由于其本质原子尺度上的结构、特殊的界面和表面结构而具有独特的性质,与其相应的晶态本体材料和单个分子的性质显著不同,在光学和电化学领域存在着重要的潜在应用。纳米光电材料的性质依赖于其形貌和尺寸,为提高或改善其性能,扩大其应用范围,研究其制备新方法和性质具有重要的意义。论文依据仿生合成原理,利用不同结构和类型的双子表面活性剂做软模板构建具有光电性能的BaCrO4和PbCrO4纳微米材料、CdSe与CdSe/CdS核壳纳米材料、硫化物纳米材料、CuInS2纳微米材料等,论文的主要内容如下:  1.合成了双子表面活性剂双?-磺酸基十二酸聚乙二醇双酯钠盐(简称C12-PEG-C12),并用其做软模板合成了开心果状的BaCrO4和棒状的单晶PbCrO4纳微米材料。通过调节间隔链聚乙二醇的链长(PEG400和4000)和晶体的陈化时间来研究C12-PEG-C12在控制合成铬酸盐纳微米材料中的模板效应。研究结果表明:当PEG的链长和陈化时间改变时,BaCrO4和PbCrO4纳微米粒子的尺寸随之改变,其相应的形貌也从多面体变为开心果状或棒状,说明聚乙二醇基的双子表面活性剂在调控纳米粒子的尺寸和形貌方面起到了关键的作用。MCrO4晶体的生长机理,是由于双子表面活性剂在晶体的表面选择性的吸附,降低了表面能所导致的。合成的开心果状BaCrO4或棒状PbCrO4的纳微米粒子具有荧光性质,是由于亚稳三线态的CrO42-离子发射荧光的缘故。  2.合成了双子表面活性剂溴化1,10-二(?-十六烷基吡啶)癸烷(Py-16-10-16),用其做软模板合成了CdSe与CdSe/CdS核壳纳米材料。研究了CdSe纳米粒子与CdSe/CdS核壳纳米粒子的荧光性质,其荧光光谱在470nm处有一发射峰,相应的荧光量子效率约为18%和35%(相对于罗丹明6G(95%)),特别是CdSe/CdS核壳纳米粒子的荧光强度与CdS壳层的厚度有关。CdSe和CdSe/CdS核壳纳米粒子与牛血清蛋白(BSA)的生物共轭作用研究表明:当CdSe和CdSe/CdS核壳纳米粒子加入到BSA溶液中时,由于纳米粒子与BSA分子生成了基态的配合物而使BSA的荧光强度产生静态猝灭。反之,当BSA加入到CdSe和CdSe/CdS核壳纳米粒子的溶液中时,CdSe和CdSe/CdS纳米粒子的荧光强度随着BSA的加入而增强,可能是由于纳米微粒表面与BSA分子形成了类似核壳结构的(CdSe)x(BSA)1-x和(CdSe/CdS)x(BSA)1-x复合物、消除了部分非辐射弛豫能量损失的结果。上述荧光猝灭和增强的现象可用于BSA的荧光光谱法测定。  3.用双子表面活性剂Py-16-10-16为软模板合成了CuS,PbS,CdS与ZnS纳米粒子。系统研究硫源和温度对合成产品的晶体结构和形貌的影响,研究结果表明:在以TAA为硫源水热条件下合成的硫化物的形貌和结晶性能较好。研究了PbS,CdS与ZnS纳米粒子的荧光性质。用圆二色光谱(CD)对CdS纳米粒子与牛血清蛋白(BSA)的生物共轭作用进行了分析,表明BSA与CdS纳米粒子作用后,可能是BSA覆盖在CdS纳米粒子的表面,而蛋白质本身的性质并没有发生变化,说明利用纳米粒子与蛋白质的生物共轭作用,可以用于蛋白质的分析检测且不会导致蛋白质变性。此外,研究了CdS纳米粒子及其与TiO2复合后的光催化性质,两者对甲基橙均具有良好的光催化降解作用。  4.用双子表面活性剂溴化1,10-二(4-甲基-4-十六烷基哌嗪)癸烷(Pi-16-10-16)和C12-PEG4000-C12为软模板水热法合成了In2S3,CuInS2纳微米材料和In2S3掺杂TiO2纳米材料。研究结果表明,双子表面活性剂Pi-16-10-16为软模板可以控制合成复杂结构的In2S3和CuInS2多孔微米球,其生长是经过纳米丛簇和随后的自然再晶化过程形成的。In2S3纳微米材料在397nm处有强的荧光发射;In2S3和CuInS2组装成的电池,第一次充放电具有较高的电容量。特别是在TiO2中掺杂少量的In2S3材料,第一次放电可达402 mAh/g,能显著地提高TiO2的电性能,为制备低成本、优异性能的锂电池和太阳能电池提供了启示。
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