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离子液体修饰的ZnO纳米晶的制备及表征

刘大鹏  
【摘要】: 半导体纳米晶由于量子效应,常会表现出与块体材料截然不同的性质。尤其在光学性质上,纳米材料更有着块体材料无法比拟的应用前景,比如在光电转化、光催化、荧光标记、传感器以及生物医学成像等方面都有很大的优势。然而和块体材料相比,纳米粒子表面能很高而非常不稳定,容易发生团聚和Ostwald熟化。为了克服这些缺点,对纳米粒子进行恰当的表面修饰是极其必要的。 为了制备高效蓝光材料以及解决纳米ZnO的稳定性问题,我们选用了带有长烷基链的离子液体分子作为表面修饰分子。通过改变反应条件来调节纳米晶的尺寸,并得到了不同粒径(2到4 nm)的ZnO纳米晶,能发出不同波长的可见荧光(由蓝到黄),且量子产率非常高(可达45 %以上),即便在80 oC下进行热处理也能表现出很好的稳定性。通过对样品进行的紫外,荧光、顺磁以及其它各种表征可以证明,该法所得ZnO纳米晶的荧光和晶体大量存在的缺陷和杂质能级密不可分,比如锂离子、氧缺陷等。由于样品并没有表现出任何的激子发光,因此我们断定,样品的荧光主要由V_o~+产生。 另外,离子液体修饰的ZnO纳米晶还会自发的组装成六方、立方密堆积等超晶格结构。通过分析实验结果,我们合理的提出了软壳-硬核模型来解释超晶格的形成机理。按照这种机理,只要通过简单的改变硬核大小(纳米粒子粒径),就可以改变软壳的厚度(离子液体分子的有效厚度),从而达到对软壳-硬核比例的调节以实现对于超晶格的调变。为了证明理论的正确性,我们接下来制备了巯基功能化的离子液体修饰的ZnS纳米晶。并通过改变纳米晶粒径,成功得到了具有层状和立方密堆积超晶格结构。我们首次提出的软壳-硬核模型理论对于设计合成不同超晶格结构的纳米粒子有重要理论指导意义。


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