溶剂热法合成硫化锌和掺杂纳米晶

论文摘要

II-VI族纳米晶是新一代半导体纳米晶,以硒化物纳米晶的研究最为广泛,但因其具有毒性使得在很多领域的应用受到限制。硫化锌（ZnS）为典型II-VI族半导体,具有绿色无毒、尺寸敏感、荧光可调等特性。因而,ZnS作为硒化物的替代材料可望在生物荧光标记和光电等领域的应用有重要的发展前景。目前,国际上研究合成ZnS纳米晶和其光电性能近几年才开始。虽然通过各种方法能够合成出ZnS纳米晶,但其荧光效率远不及硒化物纳米晶。合成单分散、粒径可调、形貌可控的ZnS纳米晶体,金属掺杂和提高其可见荧光效率仍是该领域的研究热点。本论文针对硫化锌纳米晶的合成和掺杂改性等进行了研究。在现有合成ZnS纳米晶的基础上,本论文采用无水无氧溶剂热法,以硬脂酸锌（Zn（St）2）、硬脂酸（SA）、三辛基氧化磷（TOPO）、升华硫（S）、三辛基磷（TOP）为反应试剂,成功合成出单分散、粒径约为8 nm、具有自组装行为和荧光效应的ZnS纳米晶,优化了ZnS纳米晶的结构和光学性能。基于本室合成空心ZnS纳米晶的工作,在[S]:[Zn]=6～12、合成温度250～320°C、保温0.5～2 h的较宽合成范围内合成出空心ZnS纳米晶,观察到锌源、配体、溶剂是合成空心ZnS纳米晶的决定因素。观察到空心ZnS纳米晶具有肉眼可见的蓝色荧光。为提高ZnS纳米晶的可见荧光效率,对ZnS纳米晶进行金属掺杂。采用溶剂热法,以十八烯（ODE）、油酸、醋酸锰、硬脂酸锌为试剂设计出新反应系统,成功合成出单分散,粒径约为10 nm的Mn:ZnS纳米晶,其表现出明显自组装行为,并观察到肉眼可见荧光,荧光峰位于525 nm。进一步以铜盐为原料,合成出单分散、粒径仅为2 nm的Cu:ZnS纳米晶,荧光峰位在518 nm。与以往合成ZnS纳米晶采用TOPO,本合成所用的油酸试剂价格低、无毒且对氧不敏感。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 合成ZnS 纳米晶研究状况
• 1.1 纳米晶介绍
• 1.2 纳米晶发光特性
• 1.3 合成ZnS 纳米晶的研究现状
• 1.4 掺杂ZnS 纳米晶
• 1.5 课题提出
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验试剂和设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 合成ZnS 纳米晶
• 2.2.2 合成掺杂ZnS 纳米晶
• 2.3 测试方法
• 第三章 合成硫化锌纳米晶
• 3.1 引言
• 3.2 溶剂热法合成硫化锌纳米晶
• 3.2.1 ZnS 纳米晶的结构表征
• 3.2.2 不同锌前驱体合成ZnS 纳米晶
• 3.2.3 不同硫前驱体合成ZnS 纳米晶
• 3.3 合成空心ZnS 纳米晶
• 3.3.1 实验方法
• 3.3.2 空心ZnS 纳米晶的结构表征
• 3.3.3 不同条件合成空心ZnS 纳米晶
• 3.3.4 不同原料合成空心ZnS 纳米晶
• 3.3.5 空心ZnS 纳米晶的形成机理分析
• 3.4 空心ZnS 纳米晶的光学特性
• 3.5 小结
• 第四章 合成掺杂ZnS 纳米晶及性能
• 4.1 引言
• 4.2 合成Mn:ZnS 纳米晶
• 4.2.1 Mn:ZnS 纳米晶的结构表征
• 4.2.2 不同合成时间合成Mn:ZnS 纳米晶
• 4.2.3 不同配体合成Mn:ZnS 纳米晶
• 4.2.4 不同硫前驱体合成Mn:ZnS 纳米晶
• 2 为锌源合成Mn:ZnS 纳米晶'>4.2.5 ZnCl₂ 为锌源合成Mn:ZnS 纳米晶
• 4.3 合成Cu:ZnS 纳米晶
• 2++Mn²⁺共掺杂ZnS 纳米晶'>4.4 Cu²⁺+Mn²⁺共掺杂ZnS 纳米晶
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 第六章 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢