Pb^(2+)对掺杂硼硅酸盐玻璃中CsPbBr_(3)钙钛矿量子点发光性能的影响

硼硅酸盐玻璃包覆钙钛矿CsPbBr_(3)量子点(PQDs@glass)能够大幅提高PQDs的稳定性,使其在LED照明和显示技术中拥有广泛的应用空间。然而,玻璃包覆的同时也导致了PQDs发光强度与量子产率降低。本工作为提高其发光强度探讨了热诱导温度及Pb^(2+)的含量对PQDs@glass结构的影响,当热诱导温度为460℃,Pb^(2+)浓度为6 mol时,其发光强度最高。研究发现,Pb^(2+)浓度的增加会导致玻璃网状结构的致密化,改变玻璃组分的扩散行为,影响PQDs的析晶过程,导致PQDs@glass发光强度的变化。本工作得到量子产率高达95.6%的PQDs@glass,并实现了硼硅酸盐玻璃基质内PQDs的尺寸可控制备。结果表明,PQDs尺寸分布在10 nm左右,超过86%的颗粒尺寸在6~14 nm内,且具有优越的稳定性,经历10次室温至200℃热循环后,发光强度仍能保持初始强度的98.9%。最后,为了验证其在LED照明及显示领域的应用,将制备的量子点微晶玻璃粉料与二甲基硅氧烷(PDMS)混合,得到的LED器件性能优异,色域范围覆盖110%sRGB。本研究为PQDs@glass的大规模制备及其在LED器件领域的应用奠定了基础。

超小晶粒锡掺杂CsPbBr_(3)蓝光量子点的合成及其光学性能研究

近年来,铅卤钙钛矿CsPbX_(3)(X=Cl,Br或I)因其具有荧光波段可调、荧光量子产率高(Photoluminescence quantum yield,PLQY)以及荧光半峰宽窄等优点而被广泛应用于光电器件领域.然而,与PLQY接近于100%的绿光和红光相比,蓝光卤素钙钛矿的PLQY仍比较低.在此,采用过饱和结晶的方法在室温下合成了粒径低于4 nm的超小晶粒锡(Sn)掺杂CsPbBr_(3)量子点,并对其结构特性和光学特性进行了研究.结果表明:随着SnBr_(2)添加量的增大,量子点晶粒的粒径略微减小,荧光发射峰发生蓝移,粒径由3.33 nm(SnBr_(2)为0.03 mmol)减小到2.23 nm(SnBr_(2)为0.06 mmol时),对应的荧光发射峰由490 nm蓝移至472 nm.当SnBr_(2)添加量为0.05 mmol时合成的超小晶粒锡掺杂CsPbBr_(3)量子点显示出最优的光学性能,其粒径约为2.91 nm,对应的XRD各晶面衍射峰强度最强,荧光发射峰位于472 nm处,PLQY最高,达到了53.4%,在空气中存放15 d后,其荧光发射峰位置不发生明显改变,荧光PLQY仍保留最初的80%,为42.7%.证明适量添加SnBr_(2)对CsPbBr_(3)进行锡掺杂可有效提高超小晶粒量子点的结晶性能和光学性能.

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。

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.

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。

2-己基癸酸改性的全溶液制备的CsPbBr_(3)量子点发光二极管

钙钛矿量子点发光二极管是极具发展潜力的新型显示技术。全无机CsPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿量子点具有优异的光电性能,然而合成CsPbX3量子点时往往需要油酸(OA)和油胺(OAm)等配体的参与,这些配体和量子点之间的动态结合方式使其极易从量子点表面脱落,进而引发量子点的不稳定性现象。此外,油酸油胺的绝缘特性会阻碍发光二极管中载流子的传输并恶化器件性能。鉴于此,本文以CsPbBr_(3)量子点为研究对象,采用短链配体2-己基癸酸(DA)部分取代长链OA配体,系统探究了不同DA/OA摩尔比对CsPbBr_(3)量子点光学性能的影响。结果表明,经DA修饰的CsPbBr_(3)量子点表现出高达88.64%的光致发光量子产率。随后,将优化后的CsPbBr_(3)量子点应用到全溶液制备的发光二极管中,器件的最高亮度和最大外量子效率分别从9 cd·m^(-2)和0.04%提升至155 cd·m^(-2)和0.14%。接着,通过优化钙钛矿发光层和空穴传输层之间的能级匹配,进一步将器件的亮度和外量子效率提升至436 cd·m^(-2)和0.20%。

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。

CsPbBr_(3)钙钛矿量子点的合成与表征

钙钛矿量子点由于具有独特的电子和发光性质,近几年已成为生物标记、发光二极管、激光和太阳能电池等领域的研究热点。以全无机钙钛矿类量子点为例设计一个研究型综合实验,实验涵盖了CsPbBr_(3)钙钛矿量子点的制备、表征以及利用钙钛矿量子点荧光性质进行LED器件封装等内容,旨在用简单实验揭开钙钛矿量子点的神秘面纱,让学生感受到科技的魅力。该实验既能让学生更好地了解钙钛矿量子点材料基本知识和应用,还能让学生熟悉液相沉淀法和掌握X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及荧光光谱仪等仪器的相关原理及操作,对激发学生科学研究的兴趣和培养学生的综合实践技能、创新思维能力具有积极意义。

Ba^(2+)离子掺杂CsPbBr_(3)蓝光量子点合成及其光学性能

近年来,全无机卤素钙钛矿CsPbX_(3)(X=Cl,Br,I)因其荧光带宽窄、带隙可调、合成工艺简单以及荧光量子产率(Photoluminescence quantum yield,PLQY)高等优点而被应用于光电器件领域。但相比于PLQY接近于100%的红光与绿光CsPbX_(3)量子点,PLQY低于10%的蓝光量子点光学性能仍需要提高。本文通过调节前驱体BaBr_(2)与PbBr_(2)的量比,常温下合成了Ba^(2+)离子掺杂CsPbBr_(3)量子点,并对合成量子点的晶体结构、形貌及其光学性能进行了研究。研究结果显示,随着Ba/Pb量比的增加,由于Ba^(2+)离子半径小于Pb^(2+)离子半径,导致合成量子点粒径由未掺杂的11.37 nm减小到Ba/Pb为1.0时的10.36 nm;此外,Ba^(2+)离子的引入拓展了带宽,吸收光谱和荧光光谱均发生蓝移,荧光光谱由未掺杂的510 nm的绿光蓝移至Ba/Pb量比为1.0时的461 nm的蓝光。当前驱液中Ba/Pb量比为0.5时,在461 nm处具有最强的蓝光发射,PLQY为39%。研究证明适量引入BaBr_(2)合成Ba/Pb混合金属钙钛矿量子点可有效提高其光学性能。

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。

基于氮掺杂碳量子点荧光猝灭效应检测Fe^(3+)

碳量子点光致发光性质取决于尺寸大小和表面官能团的性质。本研究以还原冶炼过程产生的生物质焦油为前驱体,采用小分子乙二胺进行氮掺杂,通过一步水热法合成荧光产率高、分散性能好的氮掺杂碳量子点,基于Fe^(3+)对氮掺杂碳量子点选择性荧光猝灭效应,实现了对Fe^(3+)快速准确检测。合成的氮掺杂碳量子点为规则的球形,尺寸均一,平均粒径为2.64 nm,晶面间距为0.25 nm,具备石墨碳晶格(100)晶格结构,其荧光量子产率为26.1%;Fe^(3+)与N-CQDs表面官能团配位络合致使N-CQDs荧光猝灭,Fe^(3+)浓度在0.23~600μmol/L范围内,与氮掺杂碳量子点荧光猝灭程度呈良好的线性关系,Fe^(3+)的检出限为230 nmol/L。

B,N,S共掺杂石墨烯量子点的制备及对Fe3+和H2PO4-的荧光检测

利用水热法制备了一种可在纯水体系中连续"OFF-ON-OFF"荧光识别Fe^3+和H2PO4^-的B,N,S共掺杂的石墨烯量子点探针材料(BNS-GQDs),并对其形貌和结构进行了表征,结果表明,BNS-GQDs粒径分布均匀,平均粒径为4nm,具有类似石墨烯的结构,且成功掺杂了B,N,S原子.光谱表征结果表明,其在纯水体系中可以实现对Fe^3+的荧光猝灭识别;同时,BNS-GQDs+Fe^3+体系能够专一性地荧光增强识别H2PO4^-.识别机理研究表明,BNS-GQDs可与Fe^3+通过静电作用形成配合物并向Fe^3+转移电子,从而引起荧光猝灭;H2PO4^-可从上述配合物中置换出Fe^3+,引起体系荧光恢复.BNS-GQDs识别Fe3+和H2PO4-具有较好的可逆性,可应用于Hela细胞和实际水样中Fe^3+和H2PO4^-的检测.

第一性原理研究O和S掺杂的石墨相氮化碳(g-C_3N_4)_6量子点电子结构和光吸收性质

利用密度泛函和含时密度泛函理论研究了氧(O)和硫(S)原子掺杂的石墨相氮化碳(g-C_3N_4)_6量子点的几何、电子结构和紫外-可见光吸收性质.结果表明:掺杂后(g-C_3N_4)_6量子点杂质原子周围的C-N键长发生了一定的改变,最高电子占据分子轨道-最低电子未占据分子轨道(HOMO-LUMO)能隙显著减小.形成能的计算表明O原子取代掺杂的(g-C_3N_4)_6量子点体系更稳定,且O原子更易取代N3位点,而S原子更易取代N8位点.模拟的紫外-可见电子吸收光谱表明,O和S原子的掺杂改善了(g-C_3N_4)_6量子点的光吸收,使其吸收范围覆盖了整个可见光区域,甚至扩展到了红外区.而且适当的杂质浓度使(g-C_3N_4)_6量子点光吸收在强度和范围上都得到明显改善.通过O和S掺杂的比较,发现二者在可见光区对(g-C_3N_4)_6量子点的光吸收有相似的影响,然而在长波长区域二者的影响有明显差异.总体而言,O掺杂要优于S掺杂对(g-C_3N_4)_6量子点光吸收的影响.

高响应率石墨烯-CsPbBr_(3)量子点光电探测器

全无机金属卤化物钙钛矿材料CsPbX_(3)(X=Cl,Br,I)不仅有优异光电特性,还有比有机-无机杂化钙钛矿更好的热稳定性,在光电探测器领域有很大应用前景.但由于全无机钙钛矿材料自身迁移率较低,直接用于光电探测器其光响应率也很低,难以满足实际应用.以热注入法合成高质量的CsPbBr_(3)钙钛矿量子点材料,再将其与高迁移率的单层石墨烯薄膜相结合,构建出石墨烯-CsPbBr_(3)量子点复合光电探测器,光响应率高达3.5×10^(4) A·W^(-1).研究表明引入石墨烯材料作为传输层后,CsPbBr_(3)量子点的光生电子空穴对得到有效分离并快速传输.两种材料界面处存在陷阱态,产生了光栅压效应,延长了载流子寿命.两种机制结合使复合光电探测器的光响应率大大提升.

基于氮掺杂碳量子点的荧光微球制备和Fe^(3+)检测

分别以尿素、氨水、二乙烯三胺、多乙烯多胺为氮源,绿色廉价的白菜为碳源,采用水热法合成氮掺杂的蓝色荧光碳量子点,结果表明多乙烯多胺氮掺杂碳量子点(NCDs)荧光量子产率最高为53.3%。然后将NCDs作为荧光探针应用于荧光微球制备和Fe^(3+)检测方面,以三聚氰胺甲醛(MF)为载体,合成了氨基化MF荧光微球;基于Fe^(3+)对NCDs良好的荧光猝灭效应,建立了一种荧光测定Fe^(3+)的方法,并对NCDs和MF荧光微球的结构和性能进行表征。结果表明,NCDs的荧光性能得到了显著的改善;MF荧光微球单分散性好、荧光性能好且稳定,在生物医学领域方面有重要的应用价值;NCDs对Fe^(3+)具有单一选择性,Fe^(3+)浓度在0~2μmol/L内与NCDs的荧光猝灭程度呈良好的线性关系(R2=0.9945),检出限为0.035μmol/L。将该体系应用于实际水样中Fe^(3+)的测定,相对标准偏差(RSD,n=6)在1.42%~3.02%内,加标回收率在98.7%~104.5%之间。该体系对Fe^(3+)检测灵敏性好、选择性高以及抗干扰性强,在离子分析检测方面有潜在的应用前景。

铜离子掺杂CsPbCl_(3)量子点光学性能及稳定性探究

近年来,钙钛矿因其特殊的结构受到广泛的关注。其中,全无机钙钛矿量子点作为下一代发光材料更因其优异的发光性能得到了广泛的研究和关注。但是因为其本身的铅(Pb)元素带来的毒性和较差的稳定性,钙钛矿量子点在生产和应用方面依然面临着诸多阻碍。为了解决这些难题,介绍了一种铜离子(Cu^(2+))B位掺杂CsPbCl_(3)钙钛矿量子点。采用了热注射的方法成功地将Cu^(2+)引入CsPbCl_(3)钙钛矿量子点中。研究发现,Cu^(2+)掺杂CsPbCl_(3)量子点能够保持初始四方晶体结构。由于Cu^(2+)的掺杂,有效地消除了CsPbCl_(3)量子点的表面缺陷,从而通过辐射途径促进了激子复合,提高了CsPbCl_(3)量子点的发光性质。通过稳定性对比测试发现,一段时间内,Cu^(2+)掺杂CsPbCl_(3)量子点在水中的发光强度明显高于CsPbCl_(3)量子点。

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。