CdTe/CdSe量子點(diǎn)的水相法合成

楊瑾

摘? 要：以亞碲酸鈉、氯化鎘、硒粉、硼氫化鈉、MPA、氫氧化鈉、蒸餾水為基本起始原料。使用環(huán)保的水相合成法，將亞碲酸鈉在硼氫化鈉的作用下充分混合，再混合氯化鎘，合成CdTe。通過研究在高壓條件下反應(yīng)的時(shí)間、溫度等量的對(duì)比，得出不同量的改變對(duì)其熒光強(qiáng)度、穩(wěn)定性的影響，來得到最佳實(shí)驗(yàn)條件，合成穩(wěn)定性最好，熒光強(qiáng)度強(qiáng)的CdTe/CdSe量子點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：量子點(diǎn);水相合成法;CdTe/CdSe

中圖分類號(hào)：O614.242? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）24-0134-02

Abstract： With sodium tellurite， cadmium chloride， selenium powder， sodium borohydride， MPA， sodium hydroxide and distilled water as the starting materials，using environmentally friendly aqueous phase synthesis method， sodium tellurite was fully mixed under the action of sodium borohydride and cadmium chloride was mixed to synthesize CdTe. By studying the comparison of the times and the temperatures of the reaction under high pressure conditions， the effects of the change of amounts on the fluorescence intensity and stability were obtained， so as to obtain CdTe/CdSe quantum dots with the best experimental conditions， best synthesis stability， and strongest fluorescence intensity.

Keywords： quantum dots; aqueous synthesis method; CdTe/CdSe

1 概述

量子點(diǎn)（Quantum dots，QDs）是準(zhǔn)零維（quasi-zero-dimensional）的納米材料，由少量的原子所構(gòu)成。通常是一種由II-Vl族或III-V族元素組成的納米顆粒，尺寸小于或者接近激子波爾半徑（一般直徑不超過10nm），具有明顯的量子效應(yīng)。量子點(diǎn)由于其獨(dú)特性質(zhì)，在光學(xué)、生物學(xué)、催化、醫(yī)藥及功能材料等[1～8]方面具有極為廣闊的應(yīng)用前景，并已在生物染色、醫(yī)療診斷、DNA序列測定和免疫分析等方面得到應(yīng)用，其中最有前途的應(yīng)用是在生物體系中作為熒光標(biāo)記物。

經(jīng)過研究，在水溶液中合成納米顆粒已發(fā)展成為一種比較完善的方法。特別是近些年來，水性CdTe量子點(diǎn)的制備取得了不少進(jìn)展，根據(jù)張文豪[7]、高明遠(yuǎn)[8]等的研究，可知在常壓條件下，很難得到我們需要CdTe/CdSe量子點(diǎn)熒光光譜。本實(shí)驗(yàn)考慮在高壓條件下研究不同的反應(yīng)溫度、時(shí)間等條件對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。找出合適的實(shí)驗(yàn)條件以得到CdTe/CdSe量子點(diǎn)熒光光譜在650-818nm內(nèi)可調(diào)。這對(duì)水相合成具有近紅外發(fā)光量子點(diǎn)的研究將會(huì)有很大的意義。

2 實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果討論

2.1 藥品

氯化鎘CdCl2（分析純）、亞碲酸鈉Na2TO3（分析純）、硒粉（200目，99.999%）、 硼氫化鈉NaBH4（分析純）、巰基丙酸MPA、氫氧化鈉（分析純）、蒸餾水。

2.2 儀器

FA1004電子天平、UV-2450紫外可見分光光度計(jì)、F-4600熒光光度計(jì)、5-2型磁力攪拌器、ZF-7A手提紫外分析儀、高溫反應(yīng)釜、恒溫箱。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

2.3.1 CdTe量子點(diǎn)模板的制備

亞碲酸鈉：亞碲酸鈉0.0116g（0.052mmol）+NaBH40.01g+3mlH2O，在圓底燒瓶中攪拌溶解至透明。

氯化鎘：在圓底燒瓶內(nèi)，CdCl2（0.42mmol）0.0956g+H2O47ml+MPA30ul攪拌溶解，用NaOH調(diào)節(jié)PH為11，通N210min。

CdTe：將制備好的亞碲酸鈉溶液注入氯化鎘溶液中（液面下注入），升溫至97℃，取反應(yīng)液，溶于水后樣品在紫外燈照射下發(fā)黃光，即反應(yīng)結(jié)束，獲得CdTe模板。

通過改變MPA量、反應(yīng)時(shí)間可以獲得不同尺寸的CdTe模板。

2.3.2 高壓條件下進(jìn)行CdSe 包覆實(shí)驗(yàn)

（1）取CdTe反應(yīng)液3ml于高壓反應(yīng)釜中+6ml H2O+XgCdCl2攪拌，+Yul MPA，用NaOH調(diào)節(jié)pH=9.5。

（2）取0.0018g Se+0.0026g NaBH4+3ml H2O于圓底燒瓶，攪拌，排氣，加熱（約40℃），使之溶解成無色透明液體，形成Se液。

（3）將3ml Se平分注入兩個(gè)反應(yīng)釜之中，密封，在Z℃下反應(yīng)T h。

反應(yīng)溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響：

當(dāng)X為0.0103，Y為13，T為2時(shí)，不同反應(yīng)溫度對(duì)量子點(diǎn)熒光發(fā)射及吸收的影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

反應(yīng)后溶液顏色加深，溫度過高時(shí)溶液出現(xiàn)沉淀。從圖1可以看出120℃時(shí)量子點(diǎn)熒光發(fā)射光譜峰的位置在654nm，圖2可以看出160℃時(shí)峰的位置在709nm。由此可以得出在一定范圍內(nèi)隨著反應(yīng)溫度的增加，量子點(diǎn)熒光發(fā)射光譜峰的位置發(fā)生紅移，但超過一定的溫度后就會(huì)出現(xiàn)沉淀，且溶液在紫外光照射下不再發(fā)光，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出比較合適溫度為160℃。

反應(yīng)時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響：

當(dāng)X為0.0412，Y為19，Se的量為0.0036g，NaBH4的量為0.0090g，反應(yīng)溫度為160℃時(shí)，不同時(shí)間對(duì)量子點(diǎn)熒光發(fā)射及吸收的影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

反應(yīng)后溶液顏色較深，反應(yīng)時(shí)間過長溶液出現(xiàn)沉淀。從圖3可以看出，反應(yīng)時(shí)間為1h時(shí)，量子點(diǎn)熒光發(fā)射光譜峰的位置在642nm處，反應(yīng)時(shí)間為1.5h時(shí)，量子點(diǎn)熒光發(fā)射光譜峰的位置在680nm處。因此可以得出，在其他條件不變時(shí)，在一定范圍內(nèi)反應(yīng)時(shí)間越長，量子點(diǎn)熒光發(fā)射光譜峰的位置波長越大。結(jié)合反應(yīng)溫度，實(shí)驗(yàn)得出較合適的時(shí)間是1.5h。

2.4 結(jié)論

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)可知，要想獲得較高質(zhì)量、發(fā)光率較高、穩(wěn)定性高發(fā)光范圍可以從可見至紅外，且連續(xù)可調(diào)的CdTe/CdSe量子點(diǎn)，可以采用高壓反應(yīng)釜，反應(yīng)溫度控制在160℃，過高則容易出現(xiàn)沉淀，過低則不容易達(dá)到預(yù)期目標(biāo);反應(yīng)時(shí)間為1.5h，時(shí)間過長亦容易出現(xiàn)沉淀導(dǎo)致溶液在紫外條件下不發(fā)光，太短則反應(yīng)不充分;綜上所訴采用巰基丙酸作為穩(wěn)定劑，在水溶液中合成CdTe 模板，通過改變上訴變量，可以得到750nm以上的CdTe/CdSe量子點(diǎn)，且該實(shí)驗(yàn)具有制備CdTe/CdSe的方法簡單，穩(wěn)定性較好，實(shí)驗(yàn)過程中毒性較小，對(duì)環(huán)境污染程度小等優(yōu)點(diǎn)，因而可以更加方便、合適、安全的應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

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