液滴微反应器中水溶性AgInS2量子点的合成与熟化

作     者：麻浩天 

作者单位：武汉大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张志凌

授予年度：2018年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 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：AgInS2 量子点 液滴微反应器 合成 熟化 

摘      要：近年来,纳米科学技术的快速发展带动了化学、物理、生物学、医学等多学科的飞速进步。其中,纳米材料因其在光学、电学等方面具有优越的性能,引起了人们浓厚的研究兴趣。量子点作为一类半导体荧光纳米材料,具有独特的尺寸、组成、形状和表面态依赖的荧光性质,在生物成像、检测及光电子等领域有着广泛应用。Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族量子点作为量子点家族的成员之一,其光学带隙可调范围宽,且由毒性较小的元素组成(不含Cd、Hg),荧光发射波长能够从紫外光区调整到近红外光区,适用于生物活体成像,可代替镉系列量子点。因此,合成性能优异的Ⅰ-Ⅲ-ⅥⅥ族量子点具有重要的意义。银基的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族量子点由于Ag+反应活性高,可以通过改变反应前体物比例、反应温度、反应时间等条件制备得到不同粒径、结构、荧光发射波长的AgInS2量子点。现有报道的大多数此类量子点均在常规反应器内合成,温度和浓度分布不均一,常导致材料单分散性不好,批次差异大。可控制备高性能的AgInS2量子点仍旧充满挑战。液滴微反应器不仅具有分子间扩散距离短、混合效率高、传质传热速率快、反应条件易准确控制等优势,还能通过在芯片上集成不同的功能单元,实现对量子点合成过程的控制及原位监测,因而被用于量子点制备及性能调控研究。本论文利用液滴微反应器,实现了水溶性AgInS2量子点的连续合成与熟化,具体的研究工作如下:(1)利用温度可控的液滴微反应器连续可控合成了水溶性AgInS2量子点,并且探究了温度对其荧光性能的影响。两种分散相(一相为AgN03、In(NO3)3前体混合物溶液,另一相为Na2S前体溶液)在到达流聚焦口前呈现稳定的层流状态,在连续相(氟化油)的剪切力作用下形成油包水(W/O)型液滴。我们以具有良好的稳定性和重现性的液滴作为微反应器,在一定温度下快速、连续合成了以MPA为配体的水溶性AgInS2量子点。通过改变反应区域的温度,调节AgInS2量子点的生长过程,制备得到不同粒径大小,荧光发射波长可调(590-720nm)的AgInS2量子点,并在此基础上探究了温度对其荧光性能的影响。(2)利用“合成—熟化集成式液滴微流控芯片实现水溶性AgInS2量子点的在线连续合成与熟化,并提高其荧光量子产率。液滴内部AgInS2量子点合成结束后,继续流动进入芯片下游的熟化区域,进行量子点熟化。我们考察了不同熟化温度对量子点的发射波长、粒径及晶体结构的影响。在合适的合成、熟化温度下,能得到最大量子产率为10.3%的AgInS2量子点产物。该方法将量子点的合成、熟化集成为在线连续的过程,与常规反应器相比极大地缩短了反应时间,有效地提升了量子点的合成效率。