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第28卷,第7期
光譜學與光譜分析 Vo1.28,No.7,pp1573—1577
2 0 0 8年7月
Spectroscopy and Spectral Analysis July,2008
“反膠團法"合成的CdS半導體納米粒子的光譜性質研究
李恒達 ,王慶偉 ,翟宏菊 ,李文連
1.吉林師范大學化學學院,吉林四平136000
2.中國科學院長春光學精密機械與物理研究所,吉林長春130033
摘要反相膠束是指由介于油和水界面的表面活性劑分子,穩定、且均勻分散于連續油介質中的微液滴。
它可以作為“微反應器”合成性能優良的CdS粒子。文章研究了反相膠束的w值(w一[水1/E表面活性劑])、
ECd2 ]與Es2一]的比例和Cd 和s2一離子的起始濃度對CzlS納米粒子發光特性均有明顯影響。回流處理可
以對CzlS納米粒子的表面進行修飾,可以使CzlS粒子的缺陷發光減弱并消失而顯著增強激子發射,同時可
增大粒徑使激子發射峰位紅移,體現了明顯的量子限域效應;所得材料的室溫最大熒光量子效率高達ll 。
關鍵詞CzlS納米顆粒;反膠團;微反應器;光譜性質
中圖分類號:TN3O4.2;0472+.3 文獻標識碼:A 文章編號:i000—0593(2008}07—1573—05
引 言
1 CdS納米粒子的光譜性質
由于受量子限域效應等影響,半導體硫屬化合物納米材
1.1 W對CdS納米微粒光譜性質的影響
料所呈現的不僅與尺寸相關的光電性質引起了人們極大的研 不同w值(w一[水]/E表面活性劑]),所得CdS納米粒
究興趣[】 ],而且它們在有機光發射二極管、光電池、傳感
子吸收和發射光譜分別如圖l(a)和圖1(b)所示,峰位變化
器、光催化、非線性光譜和激光等光電器件諸多領域顯示了
見表1。可見,隨w值增大,吸收峰發生紅移,說明納米粒
巨大的應用潛力[4 ,其中CdS半導體納米材料更引起了人
子的尺寸逐漸增加。根據有效質量近似原理【_11_對不同w時
們的特別重視[7_ ]。由于CdS納米粒子的量子尺寸和表面效
制備的CdS納米粒子的粒徑進行估算,其結果與透射電鏡表
應使得它的光譜性質與體相材料存在很大的區別。隨著CdS
征結果吻合 吸收光譜中吸收肩峰的存在,說明納米粒子的
納米粒子的尺寸減小,其吸收和發射光譜均發生藍移,這種 尺寸分布較窄,這與電鏡觀察到的結果完全一致。發射光譜
藍移是量子尺寸效應的直接體現。同時,由于顆粒表面積增 呈現較寬的發射帶,體現了較大的表面效應,說明顆粒表面
加,顆粒表面的空位和懸空鍵這樣的缺陷也顯著增加,這樣
存在大量的缺陷,從而使處于激發態的電子在回到基態的過
既可俘獲電子和產生缺陷發射,又可增加無輻射躍遷途徑, 程中,未與空穴復合形成激子發射,而是被表面缺陷俘獲、
抑制了納米粒子的本征激子發射,結果是大大影響了CdS納 產生了如圖所示的表面缺陷發射[】 。該發射帶隨w值的增
米粒子的光譜性質。
大呈紅移趨勢。
Table 1 Effect ofW[Cdz ]toES2一]ratio on the absorptino and emission peaks
收稿日期:2008-02—10。修訂日期:2008—05—20
基金項目:國家自然科學基金項目(10604054)資助
作者簡介:李恒達,女,1964年生,吉林師范大學化學學院副教授 e-mail:lhdwd@163.com
*通訊聯系人 e-amil:Wqw61 1223@1 63.com
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第7期
2.1回流處理過程
光譜學與光譜分析 1575
回流以后,微液滴內層的水分子被趕出,保證了修飾分子與
納米粒子表面的直接作用,兩者相互作用增強,導致表面修
飾作用更加有效、缺陷減少;其次,CTAB是陽離子表面活
性劑,且極性基團較大,回流前與納米粒子表面結合作用不
夠強,其在納米粒子的表面排列松散而不致密,使CdS納米
將W=24.45時所合成的CdS納米微粒樣品用相同組成
但不含反應物的反相膠束稀釋一倍,在氮氣保護、保持96
℃條件下,分別回流10 rain,1,2,3 h。對不同時間回流后
含有CdS納米粒子的反相膠束樣品進行熒光光譜的表征。
2.2回流對CdS納米粒子光譜特性的影響
粒子表面仍然存在大量的缺陷。回流過程中,由于正己醇分
子的羥基極性基團較小,可以嵌入CTAB分子之間的空隙,
使修飾分子排列更為致密和修飾更為有效。另外,正己醇與
CdS微粒表面的相互作用較CTAB強r2 ,回流過程中由于
界面剛性重新調整,可能使與CdS納米粒子表面結合作用較
回流處理前后CdS納米粒子的發射光譜如圖4所示。由
圖可見,CdS納米粒子回流前后的發射光譜發生了很大改
變。與回流前相比,回流后的CdS納米粒子位于450 nln處
的激子發射峰顯著增強,而570 nln處的缺陷發射峰消失。
這主要是回流使CdS納米微粒的晶化程度提高,減少了納米
粒子表面缺陷,完善了納米粒子表面態,有效地提高了電子一
空穴復合的概率,減少了帶間激發的電子被空穴俘獲的可能
性,從而使缺陷發射減弱、激子發射得到增強。隨著回流時
間的增加,激子發射強度不斷增強,發射峰位置發生紅移。
這歸因于回流時間加長后,納米粒子表面逐漸完善,使激子
發射得到增強;同時,回流也使納米粒子尺寸不斷增大,導
致發射峰發生紅移。當回流時間大于3 h后,表面態對發射
光譜的影響已經很小,CdS納米粒子激子發射強度不再增
加。以硫酸奎寧為標準物質,根據文獻r2。。的方法對回流3 h
的CdS納米粒子進行了室溫下熒光量子產率測定,其最大熒
光量子產率為l1 。由此可見,回流處理是一種提高CdS納
米粒子激子發射強度和量子產率的有效手段。
強的正己醇分子部分取代原有的CTAB分子,也將導致表面
修飾分子排列更為致密,CdS納米粒子的表面態更趨完善,
使表面缺陷大大減少。當然,回流處理使CdS納米粒子晶化
程度提高也是造成激子發射增強的原因之一。通過XRD、紅
外光譜和XPS表征對所提出的回流修飾機理進行了驗證。
從CdS納米粒子回流前后的XRD圖可見(圖6),回流后六
方相CdS的(110)和(103)晶面的衍射明顯增強,并消除了回
流前因衍射峰寬化而導致的重疊現象。同時,(100)晶面衍
射的增強導致原來中心位置位于27。的衍射峰向低角度移
動。這些變化均源于CdS納米粒子晶化程度的提高。
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ig.5 SchematFic diagram f thoe enhanced surface bedeck of
the CdS nano-partic by circumfluene treatment
6
一 。~ 一 ∞。 一
Wavelength/nm
Fig.4 Emission spectra of the CdS nano-partic at different
circ ̄llence times(W=24.45).Insert: nIe emis-
sion specta orf the CdS nano-partide without circum-
fluence process
lO 2O 3O 4O 5o 60 70 8o
20/(。)
2.3 CdS納米粒子表面修飾增強光譜性質的機制
基于對回流處理增強CdS激子發射現象的系統研究,我
們提出了表面活性劑和助表面活性劑協同修飾機理。圖5為
回流前后CdS納米粒子表面修飾示意圖。回流前后CdS納
米粒子表面都應被CTAB和正己醇分子所包覆,但回流后位
于CdS納米粒子表面的正己醇分子較回流前明顯增多,且
CTAB(十六烷基三甲基溴化銨)和正己醇排列得更為整齊、
Fi蛋6 XRD peaks of CdS nano-partide(W--24.45)with(口)
and without( )circmnfluenc treatment
將w=24.45時制得的CdS納米粒子進行回流,比較回
流前后的紅外光譜,可以表征納米微粒表面的修飾情況。由
中紅外圖譜(圖7)可見,由于CdS納米粒子的表面同時存在
CTAB和正己醇,因此回流前后的紅外光譜中均可發現兩者
致密,兩者的協同修飾作用使它們對CdS納米粒子的表面修
飾更為有效。下面分析這一修飾作用增強的原因。首先,回
流前微液滴內層除了納米粒子以外,還有一部分水分子,水
的特征振動峰,但回流前后紅外光譜的峰形和峰位明顯不
同。回流前,中紅外區域振動峰的位置和形狀與CTAB的峰
位及形狀類似,位于2 852和2 923 cIn_1的紅外振動峰是由
分子的存在干擾了表面活性劑和納米粒子表面的相互作用。
CTAB分子中CHz的對稱和反對稱伸縮振動引起;回流后,
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1576 光譜學與光譜分析 第28卷
仔紅外區域的振動峰位置和形狀與正己醇的相近,位于
己醇分子中CHz和cH3對稱和反對稱伸縮振動。這一變化
2 853,2 869,2 923和2 955 cIn 的紅外振動峰分別源自正
說明,回流前后包覆在CdS微粒表面的CrAB與正己醇的
相對比例發生了變化,回流后CdS顆粒表面的正己醇量提
高。
3結論
研究發現,反相膠束的W值、[cd ]與Es2一]的比例和
Cd。。}和S2一的起始濃度對CdS納米粒子發光特性均有明顯影
響。吸收和發射光譜表明,在w一24.45,ECd2}。-liESz-]一1
時所得cds為最均一尺寸。在此條件下,選擇起始Er ̄l2 ]和
4 o(10 3600 320O 2 8()o 2 4()o
ES2一]為4.23×10 tool?L 時所得CdS納米粒子呈現最
Wavenumber/cm一
強的激子發射。通過回流處理可以對納米粒子的表面進行修
№7 FIIR s0 ̄tra of CdS nano-particle th and without
飾和納米微粒的表面態優化,從而可很好地調控其發光特
cil 珈nlIl蛐treatment,n:without circundluenc treat—
性。修飾可減弱并消失CdS粒子的缺陷發射而顯著增強激子
ment,6:by drQiln ̄nenc treatment for 3 h;c:
發射,修飾可增大粒徑使激子發射峰位紅移,體現了明顯的
CI'AB;d:n-hexyl aleolol
量子限域效應,所得材料的室溫最大熒光量子產率高達
11%
參 考 文 獻
[1]HengleinA Chem.Rev.,1989,89:1861.
[2]AlivisatosA P.J.Phys.Che.m,1996,100;13226.
[3]Weller H.Angew.Chem.Int.Ed EngL,1993,32:41.
[4]Nan&,J,Narayan K S,Murthy B A,et a1.App1.Phys.LetL,1998,72:1335.
[5]Colv/n V L,Schlamp M C,A/ivisatos A P.Nature,1994,370;354.
[6]Dabbousi B O,Bawendi M G,Onitsuka O,et a1.App1.PhyS.Lett.,1995,66:1316.
[7]Colvin V L,Sob[amp M C,Alovisatos A P.Nature,1994,370:3 54.
[8]AndreasK,DanielL J.Electroana1.Chem.,1996,41 8:73.
[9]Smyntyrm V,Golovanov V,Kaciulis S,et a1.Sensors,Actuators B-Chemical,1995,25(1-3):628.
E1o3 WANGHan-hui,YU Jia-lian,HUANG Ji—ping,et al(王涵慧,俞稼鐮,黃季平,等).PhotographicScience andPhotochemistry(感光科
學與光化學),1995,13:48.
El13 Brus L E J.Chem.PhyS.,1984,8O:4403.
E123 Hao H E,Sun H P,Zhou Z,et aL Chemistry of Materials,1999,11:3096.
E133 Lived V T,Rossi M,DArirgo G,et aL App1.Phys.A,1999,69:369.
E143 Cher ̄GX,ShenF,YaI1gLF,et a1.MaterialsChem.andPhys.,1998,56:97.
El5]KortanR,HullR,OpilaRL,et aL J.A札Chem.Soc.,1990,112:1327.
[163 PengMCSchlamp,KadavanichAV,A/ivisatosAP.J.Am.Che.mS0c.,1997,119:7019.
E173 Gao M Y,Kirstein S,Mohwald H,et aL J.Phys.Chem.B,1998,102:8360.
E183 HanMY,CanLM,Huar ̄W,et a1.Talanta,1998,45:735.
[193 HanMY,GanLM,HuangW,et aL CheimstyrLetter,1997,(8):751.
E2o3 DawsonWR,WindsorMW.J.Phys.Chem.,1968,72:3251.
E213 CurirL,AgostinaoA,MarinaL,et aL J.Phys.Che.mB,2000,104:8391.
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第7期 光譜學與光譜分析 1577
Properties of Synthesized CdS Nanoparticles by Reverse Micelle Method
LI Heng-da1,WANG Qing-weih,ZHAI Hong-ju1,LI Wen-lian1’。
1.School of Chemistry in Jilin Normal University,Siping 136000,China
2.Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China
Abstract Micelle system with reverse phase(water/CTAB/whexyl laoholc/wheptne)ias a weenie liquid-globelet of surface ac—
tive agent molecule which can be stably and uniormly difspersed in continuous oil medium.The micelle system ith reverse wphase
can work as a“micro-reactor”tO synthesize CdS nano-particle iwth excellent performance.In the present article considering the
effcets ofW value(W=[-water ̄/[surface agent])of the imcelle systme iwth reverse phase,we observed that the ratio of[-Cd2 ]
nad[s2一]ions tO the original ocncentrations of the Cd2+and Sz—ions can affcet the luminescent properties of CdS nano-particle_
Using regurgitant treatment process the surface of CdS nano-particle Can be modifide。and as a result the defect emission waLs re—
duced and even disappeared,but exciton emissions markedly increased.On the other hand,a red-shift of the exciton emission
peak with the increase in the particle size was observed,indiactign considerable quantum confinement effect.A maximum quart—
tum efficiency of 11 for the synthesized CdS nano-material was achieved.
Ke ̄,otCs CdS nanoparticles;Reversemicelle+Micro-reactor;Spectral property
(Received Feb.10,2008;accepted May 20,2008)
*Corresponding author
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