AgInS荧光量子点掺杂改性研究开题报告

1. 研究目的与意义

量子点，又称为半导体纳米晶，粒径为 2~10 nm，主要由 II–VI 族或 III–V 族元素构成。由于其粒径接近或小于其体相材料的激子玻尔半径，具有强烈的量子尺寸效应和量子限域效应，受光激发后可以发射荧光。量子点作为一种新兴的高科技纳米材料，因其特殊的光电性能引起了科研人员的广泛关注。近年来，荧光量子点在光电设备、分析检测、生物成像、控释给药等领域均展现出巨大的应用前景，荧光纳米材料的合成及应用开发成为众多研究者关注的重点。

为避免有害物质在人体内的富集及对环境的破坏，含有汞、铅、镉等元素的量子点（QDs）逐渐被抛弃，研究转向生物相容性更好的新型水溶性量子点，如金、银、硅 以 及 Ⅰ#8259;Ⅲ#8259;Ⅵ 族 （AgMX₂，CuMX₂；M＝Al，Ga，In；Ｘ＝S，Se）量子点等。在该类材料中，AgInS2（AIS）量子点由于不含变价的金属离子（如 Cu² /Cu ），同时还具有发射谱可调性好、Stokes位移大、荧光寿命长等优点，有望取代二元量子点，在发光器件、太阳能电池、生物标记等领域具有广阔的应用前景。

目前量子点的制备技术呈现多样化发展，但通过胶体化学合成 AIS 量子点是最成功的合成途径。根据合成过程中所使用的溶剂种类，可分为有机相合成和水相合成。通常情况下，有机相合成的 AIS 量子点具有分散性好以及量子产率较高等优点，因此成为目前最为常用的合成方法。尽管有机相法合成的AIS量子点具有较高的量子产率，但由于其表面原子结合了众多的疏水性官能团，导致量子点的水溶性较差，限制了它们在生物领域中的应用。为了提高量子点的水溶性和生物兼容性，常用方法是采用亲水性分子（如巯基、羧基、多肽等）取代量子点表面初始的疏水基团，或通过聚合物分子的包覆从而赋予量子点良好的水溶性。尽管可通过配体交换或聚合物分子的包覆对量子点进行表面改性，但同时该过程会造成量子点的发光性能显著下降。所以，采用水相法直接合成水溶性AIS量子点是解决问题的有效途径，同时随着环保理念的深入人心，水相合成量子点逐渐成为当前的研究热点。与有机相合成相比，水相合成具有低毒环保、操作简便、成本低廉等优点，并且获得的水溶性量子点更适用于生物标记等领域。常规水相法由于合成温度较低（小于100℃），获得的量子点结晶度较差，导致其荧光性能无法满足实际应用的需要，且水热法合成AIS量子点的量子产率仅为1％，但在其表面包覆一层 ZnS的壳后量子产率可达到20％。

2. 研究内容和预期目标

掺杂能对半导体的光、电及磁性质产生极大的影响,在半导体晶格中掺入杂质或缺陷是现代半导体技术中控制半导体材料性质的主要手段。因此,控制合成掺杂纳米半导体并理解其掺杂行为,对于将这类材料应用于电子学和光子学技术领域具有十分重要的意义，通过掺杂过渡金属离子或稀有金属离子以期提高量子点的荧光性能和量子产率。本实验为进一步提高AIS的可见光催化活性，将 Bi3 引入到AIS中，探讨不同 Bi3 的引入量对AIS可见光催化活性的影响。通过掺杂Bi3 以期提高AIS量子点的荧光性能和量子产率，系统研究Bi3 掺杂量对AIS性能的影响规律。

3. 研究的方法与步骤

1.用水热法制备未掺杂的AIS量子点溶液

首先在烧杯中量取摩尔比为1:4的Ag 和In3 前驱溶液；随后加入一定量的谷胱甘肽（GSH）和柠檬酸钠（Sc）为配体（其中谷胱甘肽与Ag 的摩尔比为25，柠檬酸钠与In3 的摩尔比7）以平衡Ag 和In3 的反应活性，再加入去离子水并持续搅拌以形成阳离子浓度为0.7 mM的均匀溶液，然后滴加 1.0 M 的 NaOH 溶液将 pH值调节至 9.0，加入适量的 Na₂S 溶液并持续搅拌 10 min 以保证溶液混合均匀；最后将上述混合溶液置于水热釜中在 110℃下反应 7 h 得到 AIS 量子点溶液。

2.用水热法制备掺杂不同比例Bi3 的AIS量子点溶液

4. 参考文献