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pbs量子点修饰中空CeO_(2)复合微球及光催化降解罗丹明B性能研究

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化工新型材料 2023年第5期51卷 299-305页

作者：王博媛蔡承世宗一超袁军张富青武汉工程大学武汉430073

制备了pbs量子点(pbsQDs)修饰的中空CeO_(2)微球(pbs@h-CeO_(2))。通过SEM、TEM、XRD和XPS测试复合材料的形貌和结构,通过UV-Vis、电化学和稳态荧光测试其光电性能。结果发现,复合材料为直径约700~800nm的中空纳米微球。对复合材料进行... 详细信息

制备了pbs量子点(pbsQDs)修饰的中空CeO_(2)微球(pbs@h-CeO_(2))。通过SEM、TEM、XRD和XPS测试复合材料的形貌和结构,通过UV-Vis、电化学和稳态荧光测试其光电性能。结果发现,复合材料为直径约700~800nm的中空纳米微球。对复合材料进行光催化降解RhB的性能测试表明,pbs@h-CeO_(2)-30在30min暗吸附和150min可见光照条件下可去除78.4%的RhB,同样条件下h-CeO_(2)只能去除37%的RhB。结果表明,引入pbsQDs修饰h-CeO_(2)后,通过量子点调节光的吸收范围,提高光生电子-空穴的分离效率,从而提高光催化性能。最后推导出其催化增强机理。

关键词：二氧化铈 pbs量子点中空微球光催化降解

pbs量子点敏化有机光电探测器的制备及光电性能研究

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PbS量子点敏化有机光电探测器的制备及光电性能研究

作者：王鹏展电子科技大学

学位级别：硕士

有机光电探测器因具有质量轻、成本低、灵活性强等优点易于制备大面积柔性器件,在医学、工业、军事、通讯等领域具有较高的竞争力。随着时代的发展,各行各业对近红外探测的要求也越来越高,因此近红外有机光电探测器的研究受到了广大学... 详细信息

有机光电探测器因具有质量轻、成本低、灵活性强等优点易于制备大面积柔性器件,在医学、工业、军事、通讯等领域具有较高的竞争力。随着时代的发展,各行各业对近红外探测的要求也越来越高,因此近红外有机光电探测器的研究受到了广大学者的关注。而作为近红外波段的典型材料,pbs量子点具有宽范围的可调带隙、溶液加工性好以及在空气中稳定性高等特性,基于这些优点,将有机光电探测器与pbs量子点结合在一起就显得顺理成章。本文主要将pbs量子点与有机光电探测器相结合,通过对器件结构以及量子点本身进行调控,将器件的探测范围拓展到近红外波段。主要工作如下:(1)设计并制备了基于P3HT:pbs:ITIC-Th的三元体异质结有机光电探测器,通过调控pbs量子点在活性层中的比例,器件在1350nm处比探测率为6.7×10Jones。然而由于pbs量子点在活性层中团聚现象较为严重,不但影响了电荷传输效率,还限制了活性层的成膜质量,导致器件性能并不理想。此外,pbs量子点具有长链结构的油酸配体,配体的存在也使载流子传输速率受限,因此,还需要对器件进行进一步优化。(2)对有机光电探测器进行优化,去除活性层中的ITIC-Th,将器件设计为平面异质结结构,并对pbs量子点进行表面配体置换,制备出了基于P3HT/pbs-EDT的二元平面异质结有机光电探测器。改进后的器件在390 nm外量子效率最高可达69.4%,比探测率最高为1.74×10Jones,响应度为0.218 A/W,而在1450 nm处外量子效率为3.97%,比探测率为3.70×10Jones,响应度为0.046 A/W,相较于体异质结结构pbs-OA量子点敏化的器件性能有了大幅度提升。(3)对器件进行进一步优化,使用带有纳米孔洞结构的铝基模板对量子点膜层表面进行处理,改变其表面形貌,制备出的器件相较于常规结构的P3HT/pbs-EDT探测器在近红外范围性能大幅度提升。在390 nm处外量子效率为70.6%、光谱响应度为0.222 A/W、比探测率为1.92×10Jones,在1450 nm处外量子效率为24.0%、光谱响应度为0.280 A/W、比探测率为2.43×10Jones,在负偏压下,1400 nm处仍高于2×10Jones。此外,器件还拥有较低的响应时间,在650 nm处响应时间为35μs,恢复时间为30μs,在1310 nm处响应时间为25μs,恢复时间为30μs。

关键词：有机光电探测器 pbs量子点配体置换新型结构近红外探测

pbs量子点能级结构的尺寸和配体依赖性及其对异质结电池性能的影响

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无机材料学报 2016年第9期31卷 915-922页

作者：王恒翟光美张继涛杨永珍刘旭光李学敏许并社太原理工大学新材料界面科学与工程教育部和山西省重点实验室新材料工程技术研究中心太原030024 电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都610054 太原理工大学化学与化工学院太原030024

通过电化学循环伏安测试和吸收光谱测试,确定了有机配体（油酸）和原子配体（四正丁基碘化铵,TBAI）钝化的不同粒径（2.6-4.5 nm）Pb S量子点的导带和价带能级,并研究了量子点尺寸对Pb S/TiO2异质结电池（空气气氛中制备）性能的影响。... 详细信息

通过电化学循环伏安测试和吸收光谱测试,确定了有机配体（油酸）和原子配体（四正丁基碘化铵,TBAI）钝化的不同粒径（2.6-4.5 nm）Pb S量子点的导带和价带能级,并研究了量子点尺寸对Pb S/TiO2异质结电池（空气气氛中制备）性能的影响。结果表明：Pb S量子点的能级结构受其粒径大小和表面配体特性的影响。当Pb S量子点尺寸从2.6 nm增加至4.5 nm时,油酸包覆Pb S量子点的导带底从–3.67 eV减小到–4.0 eV,价带顶从–5.19 eV增加到–4.97 eV;而对于TBAI配体置换的Pb S量子点,其导带底和价带顶则分别从–4.15 eV和–5.61 eV变化至–4.51 eV和–5.46 eV。粒径为3.9 nm的Pb S量子点所制备的电池性能最优,其能量转化效率达到2.32%,这可归因于其适宜的禁带宽度、结晶质量和良好的Pb S/TiO2界面能级匹配度。

关键词： pbs量子点循环伏安能级结构太阳能电池

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pbs量子点的一步合成法及其光学性能

化学学报 2008年第16期66卷 1869-1872页

作者：赵旭升干建群刘光华陈爱民中国科学院广州化学研究所广州510650

以Pb(CH3COO)2为原料,一硫代和二硫代丙三醇为混合稳定剂,在常温下合成了尺寸可控的pbs量子点.有别于传统的有机金属路线法,采用水相法一步合成亲水性量子点具有方法简便、反应条件温和、无需使用高沸点溶剂、重现性好等优点.所合成的... 详细信息

以Pb(CH3COO)2为原料,一硫代和二硫代丙三醇为混合稳定剂,在常温下合成了尺寸可控的pbs量子点.有别于传统的有机金属路线法,采用水相法一步合成亲水性量子点具有方法简便、反应条件温和、无需使用高沸点溶剂、重现性好等优点.所合成的量子点单分散,粒径为3～5nm,荧光量子效率高达11.8%,在外加稳定剂的作用下,量子效率在5周内仍能保持原来的80%。

关键词： pbs量子点水相合成荧光光谱荧光量子效率

基于尺寸工程的pbs量子点光吸收薄膜结构及其光电性能研究

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基于尺寸工程的PbS量子点光吸收薄膜结构及其光电性能研究

作者：王萌长沙理工大学

学位级别：硕士

量子点太阳能电池作为第三代太阳能电池,与其他传统太阳能电池相比具有低成本、高理论效率、小型化等诸多优点,成为光伏发电降本增效的关键技术。pbs量子点(pbs QDs)是Ⅳ-Ⅵ族半导体纳米晶体的一种,由于其独特的物理化学性质,近年来引... 详细信息

量子点太阳能电池作为第三代太阳能电池,与其他传统太阳能电池相比具有低成本、高理论效率、小型化等诸多优点,成为光伏发电降本增效的关键技术。pbs量子点(pbs QDs)是Ⅳ-Ⅵ族半导体纳米晶体的一种,由于其独特的物理化学性质,近年来引起了广泛的研究。然而,量子点太阳能电池发展进程中存在两个难点:载流子扩散长度不足以及无法有效增强多激子效应。量子点薄膜的空间结构调控能够改善量子点薄膜质量,从而促进量子点间的共振耦合,有望缩短载流子的传输距离,并降低多激子效应产生的阈能,能有效地提高电池的光电性能。传统pbs量子点需要通过液相配体置换来同时调控缺陷钝化和载流子迁移率,然而其缺陷态密度依旧较高。为了解决pbs量子点的尺寸分布和量子点太阳能电池中载流子的产生和传输问题,本论文采用一步法制备含碘配体的pbs量子点,通过对pbs量子点的尺寸调控,优化量子点光吸收薄膜结构,进而提高pbs量子点太阳能电池载流子传输效率,并探索了 pbs量子点太阳能电池载流子的产生和传输机理。主要研究工作如下:(1)通过改变反应温度制备不同尺寸的pbs量子点分散液,并采用旋涂法制备不同尺寸的pbs量子点光吸收薄膜。探究了不同的反应温度对pbs量子点成核生长的影响,并分析了量子点尺寸对太阳能电池结构、光电性能和电荷传输的影响。随着反应温度的升高,量子点的尺寸也会随之增加,量子点的生长速度加快,在反应温度为20℃时所制备的pbs量子点尺寸最小。通过对pbs量子点尺寸的有效调控,优化了光吸收薄膜结构,减少pbs量子点光吸收薄膜之间的间距,在量子点反应温度为20℃时,获得了排列有序和排列紧密的光吸收薄膜结构。通过对pbs量子点光吸收薄膜优化,有利于载流子的传输和收集效率,提高了 pbs量子点太阳能电池光电性能,在反应温度为20℃所得量子点制备的太阳能电池获得了最佳的光电转换效率3.12%。(2)通过采用多尺寸联合的方式,将不同尺寸的pbs量子点按体积比1:1进行混合分散,制备出混合尺寸的pbs量子点分散液,并通过旋涂的方式制备混合尺寸的pbs量子点光吸收薄膜。研究了多尺寸联合对pbs量子点光吸收薄膜结构的影响规律,采用多尺寸联合制备光吸收薄膜,有利于pbs量子点之间排列紧密程度和有序度,形成类似晶格结构的排列方式,在20℃(2:1)与40℃(4:1)量子点混合制备的量子点光吸收薄膜展现出优异的薄膜结构。通过采用pbs量子点联合尺寸的有效调控,改变了太阳能电池光吸收薄膜内载流子传输效率,提高了 pbs量子点太阳能电池光电性能,在20℃(2:1)与40℃(4:1)混合分散液制备的太阳能电池获得了最佳的光电转换效率 3.35%

关键词： pbs量子点尺寸调控薄膜结构多尺度混合光电性能

基于少模掺pbs量子点聚合物光波导放大器的研究

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基于少模掺PbS量子点聚合物光波导放大器的研究

作者：李佳盈吉林大学

学位级别：硕士

近年来,掺铒光纤放大器在C波段由于其出色的增益性能,在现代光通信领域取得了巨大的成功。目前,研究者们正在努力使光放大器向着高性能、多功能、集成化的光电器件和芯片方向发展。掺杂型波导放大器在多波段光通信领域引起了一波研究热... 详细信息

近年来,掺铒光纤放大器在C波段由于其出色的增益性能,在现代光通信领域取得了巨大的成功。目前,研究者们正在努力使光放大器向着高性能、多功能、集成化的光电器件和芯片方向发展。掺杂型波导放大器在多波段光通信领域引起了一波研究热潮,它们在增益、带宽、芯层材料的选择性和性能等方面都有很大的优势,它们也具有集成度高、小型化等优势。随着集成光子学的快速发展,研究者们利用集成光波导设计并构建具有低功耗和高稳定性的光放大器。但受限于基底材料和导波模式,集成光波导放大器相比于发展成熟的光纤放大器在输出性能上还有待提升。针对这一系列问题,本文对高增益、多模式放大、结构紧凑的掺pbs量子点聚合物少模光波导放大器在理论上和实验上都做了详细的研究。本文主要开展的工作及创新点如下:1、本文从pbs量子点的工作原理和理论模型出发,将增益计算方法结合光功率传输方程和原子速率方程。分析了矩形波导中的模式特性,并证明了模式的正交性。将龙格-库塔法与遗传算法结合,利用Comsol和Matlab编程,对少模掺pbs量子点光波导放大器的增益和噪声特性进行仿真分析。之后对泵浦结构进行优化,使用不同的泵浦模式组合的方式,最终实现了降低模间增益差的效果。2、目前研究人员探究的掺杂型光波导放大器的芯层材料一般为稀土离子,但稀土离子掺杂聚合物的波导放大器的增益较低且带宽受限。为解决这些问题,我们选用的芯层材料为pbs量子点,这种材料可以提升增益性能。同时,与成熟的稀土离子相比,pbs量子点还具有发射谱较宽、吸收截面较大等优势。3、在实验方面,本文以硅作为衬底,二氧化硅作为下包层,掺有pbs量子点的SU-8(2005)作为芯层,聚甲基丙烯酸甲酯作为上包层,制备出7×7μm的少模光波导放大器。通过分析SU-8的紫外光敏特性和pbs量子点易溶于水的物理特性,在工艺上进行了改进。并没有使用显影液进行湿法显影,而是利用热紫外光漂白技术将矩形波导显现出来,使得加工工艺更加简单。4、相对于单模掺杂型光波导放大器而言,少模掺杂型光波导放大器除了有增益、噪声等一些基本指标之外,还有一个独特的指标——模间增益差。模间增益差较大会对放大器的放大效果造成影响。所以,如何做到最小化模间增益差也是十分关键的。为了进一步探究少模光波导放大器的增益特性,对少模波导放大器不同模式的增益特性进行分析,本文优化了泵浦功率、波导长度等参数。采用调整泵浦结构的方案,对少模波导放大器不同模式实现增益均衡的目的。

关键词：少模光波导放大器聚合物 pbs量子点增益模间增益差

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基于pbs量子点的双层光电探测器

基于PbS量子点的双层光电探测器

作者：陈欣萍西安电子科技大学

学位级别：硕士

量子点是具有尺寸可调谐、与任意衬底相兼容、制作成本低等优势的一种零维材料,对能源、传感器、生物医学和柔性技术等领域来说具有极强的吸引力,在红外探测领域具有十分广阔的应用前景。但是量子点材料存在载流子迁移率低的缺点。与之... 详细信息

量子点是具有尺寸可调谐、与任意衬底相兼容、制作成本低等优势的一种零维材料,对能源、传感器、生物医学和柔性技术等领域来说具有极强的吸引力,在红外探测领域具有十分广阔的应用前景。但是量子点材料存在载流子迁移率低的缺点。与之相比,二维纳米片材料具有高迁移率,但光谱可调性差,限制了其在是在光电探测器领域的应用。因此在上述的背景下,本论文将Pb S量子点与Pb S纳米片相结合,制备一种新型的量子点光电探测器,并且采用多种表征和测试方法,对探测器的性能进行分析和研究。材料合成方面,通过控制反应时间和配体浓度来控制合成的Pb S量子点尺寸的大小,从而实现1133.5nm～1562nm范围吸收波长的调控。通过预合成Cu S纳米片,并基于阳离子交换法成功制备了Pb S纳米片。器件研究方面,详细研究了配体替换、沟道长度、退火和器件结构等因素对器件的影响。研究发现,配体种类不同对量子点的钝化效果不同,导致器件性能上产生差距;采用较小的导电沟道长度有利于提高器件性能;合适的退火温度和时间对器件性能的提升至关重要;对器件结构进行调节可以改变器件的性能。在光电导器件研究的基础上,研究制备了双层Pb S-NPs:Pb S-CQDs结型光电探测器。研究结果显示,利用Pb S量子点和高迁移率Pb S纳米片构建PN结和光伏可调的导电沟道,通过减少光生载流子复合的同时抑制暗电流,可以获得相比单层量子点光电导和双层量子点结型器件更高的增益、信噪比和更快的响应速度。论文通过集合Pb S纳米片的高迁移率和Pb S量子点的尺寸可调谐以及高吸收系数等优势,探索了实现性能红外探测器的新方法。

关键词： pbs量子点 pbs纳米片光电导红外探测器

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基于pbs量子点的宽光谱短波红外光源研究

基于PbS量子点的宽光谱短波红外光源研究

作者：连峥岩华中科技大学

学位级别：硕士

短波红外(Shortwave Infrared,SWIR)光因具有不可见、高穿透、低损耗传输以及与分子振动高度相关等特性而被广泛应用于生物医学成像、信息传输和光谱分析等领域。由于光源的质量取决于发射带覆盖范围、效率和稳定性等因素,且目前已商业... 详细信息

短波红外(Shortwave Infrared,SWIR)光因具有不可见、高穿透、低损耗传输以及与分子振动高度相关等特性而被广泛应用于生物医学成像、信息传输和光谱分析等领域。由于光源的质量取决于发射带覆盖范围、效率和稳定性等因素,且目前已商业化的SWIR光源发光效率低且制备成本高,因此如何以低成本制备出具有宽发射光谱、高效率并且稳定性良好的SWIR光源是当前研究的热点。pbs量子点在SWIR波段内拥有灵活可调的荧光峰位,并且可溶液加工特性使其可低成本大量制备,因而受到研究者的广泛关注。然而pbs量子点较差的空气稳定性和较窄的发射线宽,极大地限制了其在SWIR光源中的应用,因此亟需一种可以提高其空气稳定性并同时拓宽发射带的方法,以拓展其在发光器件中的应用。基于上述问题,本论文通过聚苯乙烯包覆pbs量子点提高其空气稳定性,并结合光刻、电流体喷印等工艺制备出了具有高稳定性的宽光谱SWIR光源,主要研究成果如下:1、以预合成的ZnS量子点为硫源、PbCl为铅源,合成了第一激子吸收峰分别在1300 nm和1540 nm的pbs量子点,并将其与聚合物聚苯乙烯混合制备复合材料,分析了吸收和荧光发射谱出现变化的机理。2、分析了两种pbs直接共混导致的小尺寸量子点荧光淬灭的机制,使用SU-8光刻胶光刻出了一系列尺寸不同的像素坑,使用电流体喷印设备将复合材料打印为荧光阵列,并通过将其制备在SWIR高反射膜上提高了器件荧光强度,实现了发射带覆盖1200～1800 nm,半高宽达到319 nm,光致发光量子产率为5.12%的SWIR光源。3、研究了复合材料中pbs量子点的热稳定性,发现0～150℃的变温过程中荧光强度以80℃为分界点先增强后减弱,并得到其荧光发生不可逆热淬灭的最低温度为100℃,表明复合材料的温度稳定性很高,同时发现聚苯乙烯包覆可以使pbs量子点的空气稳定性显著提高,但也会导致平均荧光寿命的衰减,本文对这些现象产生的机理进行了分析。

关键词： SWIR光源 pbs量子点复合材料光刻电流体喷印稳定性

MAPbCl3钙钛矿/pbs量子点材料的制备及其光电性能的研究

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MAPbCl3钙钛矿/PbS量子点材料的制备及其光电性能的研究

作者：张萌起哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

有机-无机杂化钙钛矿因其较长的载流子扩散长度、较高的载流子迁移率、较少的物理缺陷等出色的物理特性,在太阳能电池领域、固体激光器、发光二极管以及高灵敏度光电探测器等领域引起了广泛的关注。MAPbCl材料的禁带宽度约为3.07e V,是... 详细信息

有机-无机杂化钙钛矿因其较长的载流子扩散长度、较高的载流子迁移率、较少的物理缺陷等出色的物理特性,在太阳能电池领域、固体激光器、发光二极管以及高灵敏度光电探测器等领域引起了广泛的关注。MAPbCl材料的禁带宽度约为3.07e V,是作为紫外探测器的热门候选材料材料。目前,对于钙钛矿材料的研究集中在两个方面,一是有机-无机钙钛矿薄膜和纳米线,由于其简易的制备条件而备受关注;二是有机-无机钙钛矿单晶材料,它克服了多晶薄膜晶粒小、晶界缺陷多的缺点,并且在稳定性和光电性能上具有较大优势。近年来,关于以钙钛矿作为基底杂化各种纳米材料的研究也逐渐成为一个热门话题。本文尝试以钙钛矿作为基底,将pbs量子点与MAPBCl钙钛矿材料进行复合,以此为基础制备高性能的紫外光电探测器。具体研究内容如下:首先,通过热注入法制备了pbs量子点,并通过X射线衍射、光致发光光谱、紫外可见吸收光谱及透射电子显微镜来对量子点的晶体结构、光学特性及微观形貌进行了表征。随后探索了MAPbCl单晶的生长方法,并通过将pbs量子点分散到MAPbCl前驱体溶液中将两种材料复合,来探究pbs量子点的引入对钙钛矿基体材料的结构及性能的影响。其次,通过一步旋涂法制备了MAPbCl多晶薄膜,并研究了旋涂转速、退火时间和前驱体溶液对薄膜质量的影响,并进一步将pbs量子点掺入其中,研究不同浓度、不同粒径的量子点对薄膜的影响,研究发现,适当地加入量子点能够改善薄膜的形貌。最后,制备了MSM型单晶光电探测器及薄膜型钙钛矿光电探测器,并对两者的性能进行了测试,对于单晶探测器,通过计算得出其拥有8.5×10 cm左右的较低的缺陷密度,并具有迅速的响应时间。对于薄膜型探测器,在零偏压及200μW/cm的365 nm紫外光下拥有10级的开关比,并对320 nm到415nm波长的光均有响应,最高响应度可达到32 m A/W,最大比探测率达到4×10Jones,拥有优良的探测性能。

关键词： MAPbCl3 pbs量子点单晶复合薄膜光电探测器