基于N掺杂Ti_(3)C_(2)MXene量子点的荧光探针用于Hg2+和S2-的传感检测

基于N掺杂Ti_(3)C_(2) MXene量子点(N-Ti_(3)C_(2) MQDs)荧光探针和配位相互作用,构建了一种检测Hg^(2+)和S^(2-)的“开-关-开”型荧光传感新方法.研究发现,制备的N-Ti_(3)C_(2) MQDs发射蓝色荧光(λem=440 nm),荧光量子产率为15.7%.Hg^(2+)与N-Ti_(3)C_(2) MQDs表面的—NH2,—COOH,—OH等官能团产生选择性配位作用,导致N-Ti_(3)C_(2) MQDs体系荧光猝灭.当加入S^(2-)后,由于S^(2-)与Hg^(2+)之间强的结合力,形成HgS沉淀,从而使N-Ti_(3)C_(2) MQDs体系荧光恢复.基于该原理,构建了一种“开-关-开”型荧光传感方法,实现了对Hg^(2+)和S^(2-)的定量检测.N-Ti_(3)C_(2) MQDs探针的荧光强度与Hg^(2+)浓度在0.02~200μmol/L范围内呈良好线性关系,检出限为10 nmol/L(S/N=3);与S^(2-)浓度在0.07~150μmol/L范围内呈良好线性关系,检出限为30 nmol/L(S/N=3).该方法具有成本低、操作简单、灵敏度高和选择性好等特点,并可用于水样中Hg^(2+)和S^(2-)的检测.

离子掺杂调控双钙钛矿量子点发光性能的研究进展

铅基卤化物钙钛矿发光材料因具有灵活的晶体结构、带隙可调性、缺陷容忍性和高荧光量子产率等优异性能而备受关注.但金属铅的毒性和钙钛矿的稳定性一直是阻碍其商业应用急需解决的问题.因此,需要探索更绿色环保的非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料.近年来,通过替换铅离子发展起来的非铅双钙钛矿结构成功实现了低毒性和高稳定性,但由于其是间接带隙或因为宇称禁阻的直接带隙而造成光致发光效率极低.为了解决此问题,研究人员开发了离子掺杂策略,实现了光致发光效率的提升.本文综合评述了非铅双钙钛矿材料的晶体结构和发光性能,归纳了主族金属、稀土金属和过渡金属掺杂对非铅双钙钛矿发光性能的影响及其发光机制.最后,对离子掺杂策略的应用和进一步提升非铅双钙钛矿发光材料的性能进行了总结和展望.

CsPbBr3量子点辅助结晶制备高效钙钛矿太阳能电池

钙钛矿活性层是钙钛矿太阳电池中的重要组成部分,其成膜质量影响着钙钛矿太阳能电池的器件性能.该文介绍了一种晶体种子辅助钙钛矿薄膜结晶的方法,即在PbI2溶液中预先引入少量的CsPbBr3量子点作为种子晶体,诱导钙钛矿的自下而上结晶,促使形成高质量的钙钛矿薄膜.扫描电子显微镜结果显示,CsPbBr3量子点引入后,钙钛矿薄膜形貌明显改善,晶粒增大、薄膜针孔消失,这表明了CsPbBr3量子点作为种子晶体能够促进钙钛矿薄膜晶粒生长,改善钙钛矿薄膜形貌.高质量的钙钛矿薄膜有助于减少钙钛矿晶界,提升光吸收性能,抑制光生载流子复合,进而提升器件的光电转换性能.最后,将改进后的钙钛矿薄膜组装成太阳能电池,其最佳光电转换效率为20.64%,相应的开路电压为1.08 V、短路电流为24.0 mA·cm^(-2)、填充因子为79.64%.

氮掺杂Ti_(3)C_(2)MXene量子点荧光探针用于α-葡萄糖苷酶活性检测

α-葡萄糖苷酶是生物体糖代谢途径中不可或缺的一类酶,发展简单、灵敏、准确的α-葡萄糖苷酶活性检测及抑制剂筛选方法对于糖尿病的治疗与预防具有重要意义。该文基于氮掺杂Ti_(3)C_(2)MXene量子点(NTi_(3)C_(2)MQDs)荧光探针和内滤效应(IFE),构建了一种“开-关-开”型荧光传感α-葡萄糖苷酶活性检测及抑制剂筛选的新方法。研究发现,N-Ti_(3)C_(2)MQDs发射蓝色荧光(λem=440 nm),荧光量子产率为15.7%。其检测机理为:α-葡萄糖苷酶水解底物对硝基苯基-α-D-吡喃葡萄糖苷,水解产物对硝基苯酚通过内滤效应导致NTi_(3)C_(2)MQDs荧光猝灭;而抑制剂阿卡波糖可使α-葡萄糖苷酶的活性受到抑制,水解产物减少,N-Ti_(3)C_(2)MQDs荧光恢复。结果显示,N-Ti3C2 MQDs探针荧光强度与α-葡萄糖苷酶浓度在5~300 U/L范围内呈良好线性关系,检出限为2.5 U/L(S/N=3),对阿卡波糖的半最大抑制浓度(IC_(50))为178.5μmol/L。该方法具有成本低、操作简单、灵敏度高、选择性好等特点,已成功用于人血清中α-葡萄糖苷酶活性的测定。

Mn^(2+)/Ce^(3+)共掺钙钛矿量子点的光学特性研究

针对Mn^(2+)离子掺杂CsPbCl_(3)量子点中发光效率低且铅毒性问题,采用改进的热注入法制备了(Mn,Ce):CsPbCl_(3)量子点。利用Ce^(3+)离子4 f-5 d本征跃迁导致的主晶格到Mn^(2+)发射的能量转移,实现Mn^(2+)发射增强。研究表明,稀土离子Ce3+的引入有助于提高激子到Mn^(2+)的能量转移效率,从而提高量子点的光致发光量子效率。在PbCl_(2)∶MnCl_(2)∶CeCl_(3)进料比为1∶1∶0.5时,量子产率为19%,较纯CsPbCl_(3)量子点的发光效率提升了33倍。此外,制备了基于(Mn,Ce):CsPbCl_(3)量子点复合荧光粉的白光发光二极管,对其电致发光强度、显色指数(CRI)和色温随着驱动电流的变化做了一定的研究,当驱动电流为20 mA时,色温为3000 K,CRI为81.9.

松油烯诱导的深蓝光CsPbBr_(3)量子点常温慢速生长

全无机卤化铅钙钛矿量子点在常温下制备即可获得优异的发光特性,但其超快的生长速率使之难以获得超小尺寸纳米晶体,从而难以在常温下通过尺寸效应来实现深蓝光发射。基于此,本工作发展了一种通过抑制生长速率,在常温下制备深蓝光CsPbBr_(3)量子点的方法。以配体辅助再沉淀工艺为基础,在前体制备中引入松油烯来减缓量子点生长时的Cs离子供给,从而抑制晶体生长速率,使深蓝光CsPbBr_(3)量子点的生长时间延长至3 h。该方法实现了常温下CsPbBr_(3)量子点光致发光发射峰从深蓝光(447 nm)向绿光(517 nm)的有效调控。并结合配体比例调控,对松油烯的生长速率降低作用机制进行了论证。本工作对于钙钛矿量子点的生长调控具有重要意义。

CsPbBr_(3)量子点发光性能的探究

以CsBr和PbBr_(2)为离子源、二甲基亚砜为良溶剂、甲苯为不良溶剂、油酸(OA)和油酰胺(OAm)为钝化剂,利用室温辅助沉降法制得全无机卤化物钙钛矿量子点CsPbBr_(3)。探究了甲苯温度、前驱体溶液的加入方式对于CsPbBr_(3)量子点发光性能的影响。实验结果表明,CsPbBr_(3)量子点发光强度随着甲苯温度的增高而变强,发光色纯度随着甲苯温度的增高而降低。温度为80℃时,发光强度最强,色纯度最纯。温度相同时,缓慢滴加前驱体时所得CsPbBr_(3)量子点的发光强度更强,快速注入前驱体时发光色纯度更纯。

Mn掺杂CsPbCl3钙钛矿量子点的发光性质

研究了不同Mn/Pb量比的Mn掺杂CsPbCl_3(Mn∶CsPbCl_3)钙钛矿量子点的发光性质。Mn/Pb的量比增加引起的Mn^(2+)发光峰的红移,被认为是来源于高浓度Mn^(2+)掺杂下的Mn^(2+)-Mn^(2+)对。进一步研究了Mn∶CsPbCl_3量子点的发光效率与Mn/Pb的量比之间的关系,发现随着量比达到5∶1时,其发光效率明显下降。这种发光效率下降是由于Mn掺杂浓度引起的发光猝灭。Mn∶CsPbCl_3量子点的变温发光光谱证实,随着温度的升高,Mn离子发光峰蓝移,线宽加宽,但其发光强度明显增加。

普洱茶-硒掺杂碳量子点和单质硒的同时制备及其在Fe3+检测中的应用

目的:为探讨普洱茶-纳米硒制备掺杂型碳量子点的可行性及其相关特性,实现水体系中Fe^(3+)的快速检测。方法:以普洱茶水提取物稳定分散的普洱茶-硒原子为掺杂原子,采用水浴法,通过优化反应温度和时间,同时制备出普洱茶-硒掺杂碳量子点(Pu-erh tea nano-selenium doped carbon quantum dots,PT-Se-CQDs)和单质硒两种物质;采用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱等技术表征PT-Se-CQDs的紫外-可见吸收特性和荧光强度,采用透射电子显微镜、X射线光电子能谱及X射线衍射等技术表征其形态形貌、元素组成及结构特性;并以PT-Se-CQDs为荧光探针构建荧光传感器,用于水体系中Fe^(3+)检测。结果:当反应温度100℃、反应时间10 h时,可同时制备得量子产率为3.41%、平均直径约为3.1 nm的类球形PT-Se-CQDs和单质硒。Fe^(3+)对PT-Se-CQDs具有强荧光静态猝灭效应,当Fe^(3+)浓度为0~300μmol/L时,比率荧光强度(F/F_(0))与Fe^(3+)浓度呈良好的线性关系(R^(2)>0.99),Fe^(3+)的检出限低至0.2621μmol/L;纯净水和矿泉水中Fe^(3+)含量测定的加标回收率分别为90.93%~104.56%和84.53%~113.90%,RSD小于8.15%和4.00%。结论:本研究制备的PT-Se-CQDs对Fe^(3+)具有高选择性和灵敏度,以此建立的检测Fe^(3+)方法简单、快速,具有良好的应用前景。

N、S共掺杂煤基碳量子点的电化学氧化法制备及用于Fe^(3+)检测

异质元素掺杂可以有效改善碳量子点的荧光性能,被广泛应用于碳量子点的改性。选取昭通褐煤为碳源,氯化钠溶液为电解液,硫脲为助剂,采用电化学氧化法完成N、S共掺杂碳量子点(N,S-CQD)的制备,荧光量子产率为1.60%。采用多种表征方法研究了N,S-CQD的结构、组成和光学特性。首先在结构组成方面,N,S-CQD是一类球形颗粒,尺寸分布均匀,平均粒径为1.66nm,其中主要存在C、O元素,还存在部分N和S元素;其次在光学性质方面,N,S-CQD在紫外光区吸收明显,荧光分析显示其最佳激发波长为280nm,最佳发射波长为313nm。最后基于Fe^(3+)对N,S-CQD的荧光猝灭效应,将N,S-CQD应用于痕量Fe^(3+)的检测,N,S-CQD对15~150μmol/L浓度范围内Fe^(3+)的检测表现出较高的选择性和灵敏度,通过计算得出最低检出限L=1.22μmol/L,表明N,S-CQD可应用于痕量Fe^(3+)的检测。

氮掺杂碳量子点的制备及其在Fe^(3+)检测方面的应用

采用微波直接碳化法制备具有蓝色荧光(λem=430 nm)的氮掺杂碳量子点(N-CDs),简称碳点。透射电镜检测表明,所获得的碳点为尺寸均一的类球状颗粒,平均粒径为5.1 nm±0.2 nm。应用红外光谱、X-射线光电子能谱等手段对其进行表征,结果显示,碳点表面有丰富的羟基、羧酸等含氧基团以及氨基等含氮基团,因此具有优良的水溶性与分散性。紫外-可见光光谱及荧光光谱分析结果表明,该碳点水溶液具有激发波长依赖性和荧光稳定性强等光学特性,其最佳激发波长λex=260 nm,最佳发射波长λem=430 nm。该碳点与Fe^(3+)相互作用具有显著的荧光猝灭效应。不同浓度的Fe^(3+)对荧光强度的影响显示,在200~500μmol/L范围内,猝灭效果呈线性关系,其检测限域为21.2μmol/L。其猝灭机理是由于Fe^(3+)的存在导致非荧光络合物的形成,从而导致荧光猝灭。该碳点具备较好的光学性质,并能够灵敏检测低浓度的Fe^(3+)。

离子掺杂钙钛矿量子点玻璃研究进展

近年来,全无机钙钛矿量子点因其优异的光电性能受到研究者的广泛关注,但其较差的稳定性极大地限制了其应用。利用玻璃优异的稳定性,控制钙钛矿量子点在玻璃中原位析出,使玻璃包覆在钙钛矿量子点周围,隔绝其与外界环境的接触,有效地提高了其稳定性。通过在钙钛矿量子点玻璃中掺杂特定的离子可以调控钙钛矿量子点的析晶情况和发光峰位,并可引入新的发光中心。本文根据掺杂离子的目的,综合介绍了离子掺杂钙钛矿量子点玻璃的研究进展,为近期关于离子掺杂钙钛矿量子点玻璃的研究提供了思路和参考。

Ce^(3+)掺杂碳量子点荧光检测2,4-二硝基酚的研究

水中2,4-二硝基酚的分析检测具有重要意义。以胡麻籽壳为碳源,1-己基-3-甲基咪唑氯盐为溶剂,绿色制备了铈掺杂的碳量子点(LCQDs)。透射电镜结果表明所得LCQDs呈球状,粒径范围1~9nm。基于2,4-二硝基酚对LCQDs的特异性荧光淬灭作用建立了一种2,4-二硝基酚的荧光分析方法,最佳实验条件下,检出限为1.8μmol/L。该方法用于实际水样检测时,回收率可达94.6%~103.5%。

基于柠檬酸的氮掺杂碳量子点对Fe^(3+)的检测

以一水合柠檬酸作为碳源,四乙烯五胺作为氮源,利用熔融法合成一种新的氮掺杂碳量子点(N-CQDs),N-CQDs水溶液在紫外光下可发出强烈的蓝色荧光。通过荧光分光光度计确定N-CQDs最佳激发波长为350 nm,利用傅里叶红外光谱仪对N-CQDs的结构进行初步分析,并从保存温度、pH值、光稳定性等方面研究N-CQDs的发光性能。研究结果表明,N-CQDs适合低温酸性条件保存,具有良好的光稳定性;Fe^(3+)对N-CQDs具有强烈的荧光猝灭效应,Fe^(3+)浓度在0~1000μmol·L^(-1)区间内与N-CQDs的荧光猝灭程度(F 0/F)存在良好的线性关系,检出限为9.16μmol·L^(-1)。因此,所合成的N-CQDs可以用于Fe^(3+)的快速检测。

大气环境下合成白光发射的Tb^(3+)/Eu^(3+)共掺杂全无机卤化物钙钛矿量子点

为克服因混合不同卤化物钙钛矿量子点发生阴离子交换反应、不稳定的红光发射卤化物钙钛矿量子点等而导致在获取白光发射方面存在的不足,提出了一种可以在大气环境下合成Tb^(3+),Eu^(3+)稀土离子共掺杂全无机卤化物钙钛矿量子点的方法。调节Tb^(3+),Eu^(3+)稀土离子的掺杂比例,调控从钙钛矿量子点主晶格到Tb^(3+)和Eu^(3+)离子的能量转移,获得了单一组分、白光发射的钙钛矿量子点(Tb,Eu):CsPbCl3和(Tb,Eu):CsPb(Cl/Br)3,并对量子点的形貌、结构、发光性能及能量传递机理和稳定性进行了详细研究。研究结果表明:在365nm激光激发下,不同含量Tb^(3+)/Eu^(3+)离子共掺杂的钙钛矿量子点(Tb,Eu):CsPbCl3发射光谱对应的色坐标位于1931色度图中的白光区域。在进料比PbCl2∶TbCl3∶EuCl3为1∶1.5∶1时,量子产率为3.59%,比纯的CsPbCl3量子点的量子产率(0.57%)提高了6倍。进一步研究发现,该(Tb,Eu):CsPbCl3量子点在空气中储存2个月之后,量子产率几乎保持不变(3.63%),保持了良好的稳定性。此外,研究了采用不同溶剂(正辛烷、十八烯)合成Tb^(3+)/Eu^(3+)共掺杂钙钛矿量子点的发光特性。Tb^(3+)/Eu^(3+)离子共掺杂的钙钛矿量子点(Tb,Eu):CsPbCl3可实现单一组分的白光发射,有良好的稳定性,具备一定的应用前景。

钾离子掺杂CsPbCl_(3)∶Mn钙钛矿量子点的荧光性能

锰(Mn^(2+))离子掺杂的全无机CsPbCl_(3)钙钛矿量子点具有独特的光学特性和纳米级颗粒尺寸,在Mini/Micro-LED显示器件中具有巨大的应用潜力。然而,当前CsPbCl_(3)∶Mn^(2+)钙钛矿量子点的荧光量子效率较低,无法满足实际应用需求。针对此问题,本文采用热注入法制备了钾(K^(+))离子和Mn^(2+)离子共掺杂的CsPbCl_(3)钙钛矿量子点,合成的CsPbCl_(3)∶(K^(+),Mn^(2+))钙钛矿量子点具有双光发射特性,其发光主要来源于钙钛矿激子和掺杂的Mn^(2+)离子。通过优化K^(+)离子的掺杂浓度,CsPbCl_(3)∶(K^(+),Mn^(2+))钙钛矿量子点的荧光量子效率从原始的16.5%提高到66.2%。同时研究了K^(+)离子掺杂对CsPbCl_(3)∶Mn^(2+)钙钛矿量子点荧光性能的调控机制。研究结果表明,K^(+)离子的掺杂能够有效抑制CsPbCl_(3)∶(K^(+),Mn^(2+))钙钛矿量子点中本征缺陷态以及Mn-Mn二聚体或Mn相关缺陷态,进而增强了量子点中载流子的辐射复合发光。得益于异质离子掺杂的调控策略,此类掺杂型钙钛矿量子点有望应用于Mini/Micro-LED显示领域。

掺杂石墨烯量子点对P3HT:PCBM太阳能电池性能的影响

为研究掺杂石墨烯量子点(GQDs)对聚合物电池的影响,采用溶剂热法制备了GQDs,掺杂到聚3-己基噻吩和富勒烯衍生物(P3HT∶PCBM)中作光敏层制备了聚合物太阳能电池。掺杂不同浓度的GQDs后,聚合物电池的开路电压和填充因子都比未掺杂器件高。GQDs掺杂质量分数为0.15%时,形成的掺杂薄膜平整、均匀,填充因子提高了17.42%。GQDs经还原后,随还原时间的延长,填充因子FF增大。到45 min时,电池的FF基本稳定,从31.57%提高至40.80%,提高了29.24%。退火后,获得了最佳的掺杂GQDs的聚合物太阳能电池,开路电压Voc为0.54 V,填充因子FF为55.56%,光电转换效率为0.75%。

N掺杂石墨烯量子点的制备及在Fe^(3+)检测中的应用研究

研究了用热解柠檬酸制备发蓝光的石墨烯量子点(GQDs),并在此基础上,用(NH4)2CO3作N源,在水热条件下制备N掺杂石墨烯量子点(N-GQDs)。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)、荧光光谱仪等对样品的结构和光学性能进行表征。此外,基于荧光淬灭原理,利用N-GQDs构建了一种检测Fe3+的荧光探针。研究表明,N-GQDs的荧光强度随Fe3+浓度的增大而降低,在0~60μmol/L范围内,N-GQDs荧光强度与Fe3+浓度有较好的线性关系,且该探针的检测限低达0.925μmol/L。

氮掺杂石墨烯量子点与Fe^(3+)相互作用的荧光光谱性能研究

通过柠檬酸高温裂解法合成了氮掺杂石墨烯量子点,并基于Fe^(3+)对氮掺杂石墨烯量子点的较强的荧光猝灭作用,建立了一种检测Fe^(3+)的方法.研究发现,氮掺杂石墨烯量子点荧光强度的降低(F_0/F)与Fe^(3+)的浓度之间具有良好的线性关系,线性范围为0.018 5~0.536 5 mmol/L,最低检出限为1.73 nmol/L.同时讨论了pH值、温度以及时间对荧光猝灭体系的影响,优化了实验条件.并采用变温实验和热力学计算探讨了荧光猝灭机理,表明二者之间是放热自发的动态猝灭过程,并实现了对食品中Fe^(3+)的检测,为建立新型荧光传感器提供了理论和实验基础.

处理温度及CdS量子点对Eu^(3+)掺杂SiO_2干凝胶光致发光性质的影响

以正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了Eu3+掺杂的SiO2凝胶和Eu3+/CdS量子点共掺杂的SiO2干凝胶。考察了不同温度下处理2 h对Eu3+掺杂SiO2凝胶发光性质的影响。在40℃干燥的样品荧光光谱中,没有出现614 nm发射峰,455 nm处的峰也很弱;随着干燥处理温度的升高,455 nm和614 nm处的发射逐渐增强;当温度高于400℃后,强度又都随之下降。同时,还考察了200℃条件下处理2 h的Eu3+/CdS量子点共掺杂的SiO2干凝胶的发光性质及CdS量子点对Eu3+荧光的影响。