纳米CdS及其量子点的制备和性能研究【开题报告】

毕业设计开题报告
高分子材料与工程
纳米CdS及其量子点的制备和性能研究
一、选题的背景、意义
在现今的生物检测领域，荧光标记法已经被广泛应用，成为一种较为成熟的的检测标记法，但现今的方法的激发光谱范围一般较窄，发射峰较宽且拖尾而在实际应用中受到很多限制。

所以，现今的科研工作者们正不断探索希望找到更好更简单的标记方法。

现在关注度较为高的一种方法是利用量子点作为标记物的荧光标记方法，这些选用为标记物的量子点一般都具有特殊的光电性质，激发带宽，发射谱窄，光稳定性远远高于传统荧光分子，量子点的荧光波长可以通过控制它的大小和组成来调整，因而可获得多种可分辨的颜色，同一种量子点可以实现多色标记。

随着研究的不断深入和方法的不断完善，量子点荧光标记技术将得到很大发展，真正实现各种生物分子事件的快速、灵敏、特异的检测追踪，成为揭示生命活动最有力的工具之一。

二、相关研究的最新成果及动态
CdS是一种典型的Ⅱ-Ⅳ族半导体化合物，室温下其禁带宽度为2.42eV，具有独特的光电化学性能, 广泛应用于光化学电池和储能器件, 在光致发光、电致发光、传感器、红外窗口材料、光催化等许多领域有着广泛的应用[1-3], 其性能与晶粒尺寸和形状等密切相关，因此关于纳米硫化镉的研究引起了许多人的注意。

在中国几代科研工作者的不懈奋斗下，中国在CdS的应用研究方面有了长足的发展。

在催化领域，曹维良等[4]以光降解苯酚溶液为探针反应，考察了[Cd2+]/[S2-]、表面过剩S2-和表面修饰剂PVP 等纳米硫化镉晶粒制备条件对其光催化活性的影响，得出了制得的样品的光催化效应的大小与Cd2+、S2-和PVP浓度的关系。

陈友存等[5]将纳米硫化镉用于甲基橙溶液的脱色反应，研究表明随着硫化镉剂量的增加，其对甲基橙光催化降解速率加快，当硫化镉剂量超过1.0g/L 时，降解效率反而降低。

这主要是因为催化剂量太少时，光源产生的光子能量不能被充分利用，反应速度慢，而催化剂量过多时,则会引起光散射, 影响溶液的透
光率，也将减慢反应速率；光催化反应随着温度升高，降解时间变短，降解速度变快。

章伟光等[6]将纳米硫化镉颗粒加入甲醇乙醇中发现纳米硫化镉颗粒能明显的提高两者的光催化
反应速率，是反应能够进行，释放出CH3-CHOH或CH2OH。

在发光领域也有一定的突破。

唐爱伟等[7]用CdS 对CdSe进行表面修饰以后的发光强度明显提高，发射光谱和吸收光谱都有红移现象，不同粒径颗粒的吸收峰的位置也有所不同，并且，核壳结构的量子点能够明显减少纳米颗粒的表面缺陷，大大提高了发光效率。

姬彦玲等利用旋转涂膜在氧化铟锡(ITO) 导电玻璃基底制备了不同含量CdS 与聚乙烯基咔唑(PVK)复合结构薄膜，结果发现：随着CdS 纳米棒含量的增加,荧光猝灭增强和光电压信号增强, 这说明PVK 与CdS发生了界面电荷转移，增加了载流子产生效率，提高了光电转换效率[8]。

魏芳弟[9]等研究表明用疏萘剂修饰的纳米硫化镉微粒，具有较强的发光特性，随着条件的改变，纳米微粒的发射波长红移100nm。

纳米硫化锌的制备液相法主要有微乳法(或反胶束法)、乳状液法、水热合成法、乳状液法、(快速)均匀沉淀法、溶胶一凝胶法、金属配合物热降解法等，液相法生成的纳米颗粒具有粒径细小、化学组成和粒径大小易于控制等特点。

制备纳米材料的方法主要有物理法和化学法两大类。

物理法包括电沉积( ED) 、喷涂( SP)和物理气相沉积( PVD)等方法,可制得粒径易控的纳米粒子,但因所需设备昂贵而限制了它的广泛应用;化学法主要有LB 膜法、热分解法、微乳法、溶胶- 凝胶法等,其中用于制备纳米CdS薄膜的方法有化学沉积(CBD) 、分子束外延(MBE) 、有机金属化学气相沉积(MOCVD)等。

而制备硫化镉纳米晶的方法有：
（1）水热法
水热法是指在特制的密闭反应器( 高压釜) 中, 采用水溶液或有机溶剂作为反应体系, 通过将反应体系加热到临界温度( 或接近临界温度), 在反应体系中产生高压环境而进行无机合成与材料制备的一种有效方法。

杜娟等[10]用CdSO4和Na2S 溶液作原料自压式聚四氟乙烯反应釜中均匀混合反应制得平均粒径为5nm 的立方形纳米硫化镉，用CdSO4 和硫代乙酰胺溶液作原料水热法合成反应制得平均粒径为26.6nm 的六边形纳米硫化镉，用CdSO4 和硫代乙酰胺作原料无水乙醇作溶剂自压式聚四氟乙烯反应釜中均匀混合反应制得平均粒径为22.2nm的立方形纳米硫化镉。

陈友存等[11]以CdSO4和Na2S为主要原料，分别在水热体系和油酸体系中制备了纳米CdS颗粒粒径约为10nm 和4.6nm。

水热法主要缺点是设备要求高，反应控制条件要求高。

（2）模板法
模板法具有实验装置简单、操作容易、形态可控、适用面广等优点，可以合成更多特殊形态的纳米粒子。

丛日敏等[12]以酯端基的4.5代PAMAM树形分子为模板, 合成了分散性好、尺寸分布窄、发紫光的CdS量子点，平均粒径为1.5nm。

Wang 等[13]用嵌段共聚物胶束作为模板，这种纳米反应器控制了CdS纳米粒子的生长，CdS 的直径为2.8～9.7nm。

王银海等[14]用CdSO4和Na2S 溶液作原料，以多孔氧化铝为模板电化学沉积出CdS纳米线。

桑文斌等[15]用脱乙酰化处理的甲壳胺作模板，CdCl2和H2S为原料合成出粒径为2-18nm的六方相的纳米硫化镉粒子。

模板法主要缺点是选择合适的模板较难，制备模板较难。

（3）乳液法
乳液法是指两种互不相溶的液体，在一定量的乳化剂存在下，一相( 如水) 以微液滴状形式分散在另一相( 如油) 中所形成的体系。

以此为反应场，进行各种特定的反应，可以制得纳米级粒子。

张鹏等[16]以十六烷基三甲基溴化铵/水/正己烷/正戊醇的四元微乳液为介质，硝酸镉尿素二硫化碳为原料合成出直径为30-80nm, 长为170-1100nm的六方相的硫化镉纳米棒。

李永红[17]以CdCl2和CS2为反应物, 以表面活性剂SDS 和助剂正辛醇构成水/CS2微乳体系，在室温下合成出六方晶型的CdS纳米棒, 其直径约为12nm。

乳液法主要缺点是所需原料多，工艺复杂，控制条件苛刻。

三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标
3.1 课题的研究内容及拟采取的研究方法
3.1.1 硫化镉纳米晶的制备
首先将0.02mmol的CdCl2加入适量的油酸，经过超声分散后加入20mL的正己烷得到O （油）溶液。

再将0.02mmol的硫代乙酰胺溶解于20mL蒸馏水中得到W（水）溶液。

在搅拌条件下将W溶液加入O溶液中。

然后将此混合液装入到50mL聚四氟乙烯衬套中，填充量为80%，将此衬套装入到高压釜中。

之后将高压釜放到烘干箱中分别升温到指定温度（120o C、150 o C、180 o C），并保持2h的反应时间。

反应结束后随炉自然冷却到室温，然后将反应釜取出，此时溶液呈亮黄色，并有很少量黄色沉淀产生。

取上层亮黄色清液，加入适量丙酮后放置待测。

在黄色沉淀中也加入丙酮后放置自然风干。

3.1.2 硫化镉纳米晶的表征
制备的样品采用DX-2600型X射线粉末衍射仪（铜靶，λ= 1.5406Å）确定产物的晶相结构。

采用Hitachi S-4800型扫描电子显微镜（SEM）和JEM2010型透射电子显微镜（TEM）进行形貌表征。

采用日立F－4500型荧光分光光度计在室温下测定样品的光致发光（PL）谱。

3.2 难点
反应温度对产物的晶型和形貌有很大的影响，因此反应时要选取合适的反应温度，从而实现形貌的有效控制。

3.3 预期达到的目标
用水热-溶剂热法制备CdS材料，测其性能并表征，了解材料形成成机理。

四、论文详细工作进度和安排
2010年11月18日—2010年12月31日完成毕业论文过程材料（文献综述、开题报告、
外文翻译）
2011年1月1日—2010年4月9日样品的制备工作
2011年4月10日—2011年4月30日结果表征及讨论
2011年5月1日—2011年5月18日整理毕业论文
2011年5月19日—毕业论文答辩准备毕业论文答辩材料
五、主要参考文献
[1]Dawnay E J C, Fardad M A, Green M, et al. Growth and Characterization of Semiconductor Nanoparticles in Porous Sol-Gel Films. J Mater Res,1997, 12(11): 3115-3126
[2]Bruchez M J, Moronne M, Gin P, et al. Semiconductor Nanocrystals as Fluorescent Biological Labels[J]. Science, 1998, 281: 2013
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[5]陈友存, 叶信宇. 纳米CdS微粒的制备、表征及光催化性质研究. 安庆师范学院学报, 2003, 9(2): 1-3
[6]章伟光, 钟昀, 范军等. Q态硫化镉纳米晶的制备、形态、量子尺寸效应与光催化性能. 中国科学, 2003, 33(1): 66-73
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