硅量子点的制备、表面修饰与性能

作     者：彭飞 

作者单位：中国海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹立新

授予年度：2013年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：硅量子点 球磨 还原硅烷 电化学刻蚀 表面修饰及性能 

摘      要：硅量子点由于其无毒、原材料丰富、发射波长可调及良好的生物相容性而成为荧光纳米晶中的佼佼者。在生物医药领域以及能源环境领域，纳米结构的半导体材料由于其特殊的性能引起了科研人员的关注[1]。硅纳米材料作为一种新型的半导体纳米材料，由于其特殊的基于其粒径的光学性质、不同表面修饰下的不同亲疏水性和生物相容性等等特性，引起了科研人员对于其合成方法、表面修饰以及生物应用和光催化性能的兴趣[2-5]。 本文讨论了我们对于硅量子点的制备，表面修饰以及性能所做的研究。分别从制备，表面修饰和性能应用这三个方面予以探讨。 在硅量子点的制备方面，我们采用了还原硅烷法、高能球磨法以及电化学刻蚀法等三种不同的方法。通过对这三种制备方法的比较，探讨了这三种制备方法的优缺点。还原硅烷法具有制备出硅量子点粒径均匀，分散性好以及不易被氧化的优点;同时具有所采用的还原剂较为危险不宜大量制备，较难制备出全谱发光各个尺寸的硅纳米晶等缺点。高能球磨法具有能够大量制备和制备过程安全的优点;同时具有耗能较高，制备时间较长以及粒径控制较难的缺点。电化学刻蚀法具有可控粒径，方便迅速制备和制备出的硅量子点由于表面硅氢键的存在较易修饰功能分子的优点;同时具有制备过程需要使用剧毒物质氢氟酸以及粒径的均一性不如还原硅烷法等缺点。 在对硅量子点进行表面修饰时，根据制备硅量子点的方法的不同，分为直接修饰和再修饰两种方法。在使用还原硅烷法制备硅量子点时，利用三氯硅烷引入需要修饰的官能团直接进行修饰;在使用球磨法制备硅量子点时，利用球磨过程中在硅片断面产生的硅自由基直接对形成的硅量子点表面进行加成修饰;在使用电化学刻蚀法制备硅量子点时，第一步先制备出表面带有硅氢键的硅量子点，然后再利用其硅氢表面进行加成修饰。 对于硅量子点的性能应用，主要涉及到三个方面：利用硅量子点的荧光性能进行生物标记，利用硅量子点的光催化性能还原二氧化碳，以及利用硅量子点的还原性能制备新型复合纳米材料。在利用硅量子点进行生物标记成像的应用中，文章中利用电化学刻蚀法制备的表面修饰了十一烯醇的硅量子点对Hela细胞进行共聚焦成像，结果显示成像效果较好并且几乎没有毒性。在光催化方面的应用，则主要是利用球磨法制备的硅量子点进行了光催化还原二氧化碳的初步探索，结果显示球磨法制备的硅量子点能够将二氧化碳光催化还原得到甲醛。这是第一次使用球磨法制备的硅量子点进行光催化还原二氧化碳，具有一定的前沿性和新颖性。在合成新型复合纳米材料方面，则主要是利用电化学刻蚀法制备得到的具有硅氢表面的硅量子点做为还原剂，还原氯金酸制备得到硅金纳米复合材料。