一锅法合成高发光碲化镉量子点

一锅法合成高发光碲化镉量子点

微波辐射减少和他们的汞+敏感性质

摘要

一个浅显的一锅煮减少微波辐射航线已发展为高度合成

发光CdTe 量子点作为水环境中的德源Na2TeO3。的合成

这个简单，快速的方法参数，包括反应温度和时间，pH 值

反应液和3 -巯基丙酸（MPA ）的稳定对Cd2 +的摩尔比，有

相当infl uence的颗粒大小和光致发光CdTe 量子点的量子产率。 对CdTe 量子点荧光量子产准备使用较短的反应时间

（10 40分）达到40％，60％（在550640 nm发射峰）。此外，所产生的产品可

作为佛罗里达州uorescent 探针检测水介质中汞离子。响应呈线性正比 汞离子的浓度范围为8.0 ×10 9摩尔/ L到2.0 ×10 6摩尔与2.7×10 9摩尔检出限/属/升

关键词

碲化镉，量子点，微波辐射，佛罗里达州uorescent ，传感器，汞 简介

量子点（量子点），由于其规模品种和形状相关的光学，电学性能[1，2]，已引起广泛关注的如在生物标签的广泛应用，光电器件，和[3光电子器件5]。特他们是非常有吸引力的量子点为基础的光学传感器检测生物分子，小分子和阳离子或阴离子由于其高荧光量子产率，良好的耐光性，和微不足道的比较与漂白染料

[6 10]。碲化镉是一种重要的半导体材料和CdTe 量子点显示，由于越来越多的承诺他们的大激子玻尔半径（7.3 nm）和狭窄大量的带隙1.475碲化镉量子点已 广泛研究作为发光探针和传感器[11- 14]。然而，他们的穷光致发光属性可能会妨碍作为传感器的应用到目前为止，两个基本方法被报告了对CdTe 量子点的合成。一个是 在有机金属路线[15- 18]。所制备量子点通常具有疏水上限配体，因此不能直接受雇于阳离子。另一种是水相合成 路线，生产具有良好的水溶性量子点， 生物兼容性和稳定性

然而， 由于长期的反应时间（从几个小时 数天）在水相，大量 表面缺陷往往产生，从而导致在低光致发光量子效率（PLQY ）。 合成高品质的CdTe 量子

点迅速，无论是 水热法和微波辐射的方法 已用于取代传统的回流 方法[20 24]。

与常规加热技术，快速加热均匀可实现通过渗透微波炉，它允许度在量子点表面缺陷最小化并QY 型生产高均匀的产品。 NaHTe ，一环境条件下不稳定的化合物，有通常被用来作为碲前体碲化镉量子点纳米结构或TE 合成[2025]。

该合成的CdTe 量子点一般要进行在惰性反应系统。（Na2TeO3）量子点作为碲源和3 -巯基丙酸（MPA ）作为稳定剂通过一个浅显的一锅微波辐射减少路线。由于Na2TeO3是空气稳定，所有的行动是在空气中进行，避免需要一个惰性气氛。该合成途径因而免费真空操作和复杂环保。对CdTe 量子点的生长 应迅速由于微波介质加热并预计碲化镉量子点具有高PLQY 可以通过这个简单的反应路线得到而CdTe 量子点合成方法的通量并通过水热法PLQYs 只 35％和14％，分别为[26，27]。在为所得CdTe 的产品进行测试探头作为佛罗里达州uorescent 为检测汞（II ），一个物种已严重对人类健康和环境产生不利影响即使在非常低的浓度水平。

1。实验

1.1材料

MPA 的获得自Aldrich 化学品。罗丹明6G 的是获得Acros Organics公司。其他分析级化学品均购自上海化学试剂公司。所有的化学品被用来作为没有收到进一步净化水。

1.2合成CdTe 量子点

在一个典型的合成，（氯化镉，稀释至42 mLwith4毫升氯化镉溶液0.04摩尔/升）

超纯水，然后柠檬酸钠二水（100毫克），Na2TeO3（0.01 mol / L时，4毫升），兆帕（119毫克）和硼氢化钠（50毫克）分别加入磁力搅拌下先后。 的摩尔比对Cd2+/ MPA的/连江县1:7:0.25。 10毫升的结果CdTe 的前身是聚四氟乙烯容器放入与体积为60毫升。

一系列的碲化镉量子点在不同温度下制备（80140℃）和倍（10 40分）在微波辐射下（400宽）。微波照射后，将混合物允许冷却降低50° C 和碲化镉量子点样品被删除。

1.3仪器和样品的表征

一个微波消解系统（武显4000）从上海易要仪器，配备了一个可控制温度单位，是用来合成CdTe 量子点。

该系统在一家功率1000瓦和0的频率的运作2450兆赫。由此产生的样品稀释光学特性。所有的光学测量在室温下进行了紫外可见吸收光谱获得了使用涂1901紫外可见分光光度计（北京，中国）。光致发光（PL ）谱录用WGY- 10荧光分光光度计（天津，中国）。透射电子显微镜（TEM ）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM ）等图像记录在JEM2100（日本电子，日本）电子显微镜下操作，在200千伏。透射电镜和HRTEM 样品制备下降CdTe 量子点对铜水网和干燥室温。样品经沉淀2 -丙醇和真空干燥的透视粉末衍射仪（XRD ）表征。 X 射线衍射模式是记录在布鲁克AXS D8的进展X 射线衍射与铜的K 辐射（=1.5418Å）。对CdTe 量子点QY 型乃利用罗丹明6G 乙醇（QY 型= 95％）作为PL 参考[28]。

1.4一般程序为金属离子的检测

0.5原液的CdTe 量子点（毫升的浓度碲化镉量子点估计为0.8 mmol / L的），1.0毫升为0.05 mol/ L的Tris- HCl的生理缓冲溶液（pH 值=8.5），以及不同量的汞（二）制或其他金属离子的顺序添加到系列为10 mL比色细胞。该混合物稀释用超纯水的标志，彻底动摇并在室温下平衡20分钟。所有的激发波长在随后的实验是在400纳米xed 连接。

2。结果与讨论2.1 CdTe量子点的表征图1显示了高分辨透射电子显微镜和图像的aspreparedCdTe 量子点。的TEM

图像，如图所示。

1（一），结果表明，为所得CdTe 量子点出现作为具有优良的单分散球形颗粒。

随着在高分辨透射电子显微镜图像显示（图1（b ）），碲化镉量子点有一个直径约3纳米，与存在以及分辨晶面显示，碲化镉量子点具有高度的结晶结构。 本的面距离为0.326 nm，这对应于（200）晶面立方碲化镉（JCPDS 卡号编号

。一个典型的X 射线衍射图案为MPA 包覆CdTe 量子点如图所示。65-0880） 2。激子吸收峰碲化镉量子点发生在538纳米。计算到报道的方法[29]，粒径由第一个决定是吸收最高3.1纳米。该粉末X 射线衍射图谱显示广阔峰的量子点的典型。的平均粒径产品由Scherrer 公式计算，为3.3纳米，这是类似的TEM 结果和价值首先计算出最大吸收。该反思可以索引到（111），（220）和（311）的立方（闪锌矿）面碲化镉。

2.2光学特性之MPA 覆盖的碲化镉

量子点

图3（a ），3（b ）和3（三）本图片MPAcappedCdTe 量子点的照射下，各种尺寸环境光，相应的吸收光谱，和光致发光（PL ）光谱，分别粗前驱溶液浅棕色。有没有从溶液中观察到发光。

图2典型的CdTe 量子点的X 射线衍射图

在微波辐射下（400瓦），各种尺寸高品质的碲化镉量子点可调发射光谱，通过控制反应制备温度（80140 ° C ）和时间（10 40分钟）。

五样本1 5不同条件下制备了（见图。3）。所制备的碲化镉胶体溶液 不同粒径表现出不同的颜色如图所示。 3（a ）条。（见图。3）。所制备的碲化镉胶体溶液不同粒径表现出不同的颜色如图所示。 3（a ）条。对CdTe 晶体生长量子点是显而易见的反应出发点样品1至5。吸收和发射光谱转移到长波长的增加而反应温度或延长反应时间，按预期的“量子置信度的基础上奈德规模效应“。中的激子峰位吸收光谱范围从496纳米（1）605纳米（5）对CdTe 量子点的荧光发射峰从522纳米（1）至632纳米（5）。其相应的半高全宽（FWHM ）的值分别为在35纳米和54纳米。尖锐的激子峰在吸收光谱和狭窄的半高宽 在PL 发射光谱窄值推荐粒径分布所制备的CdTe 量子点。

粒子直径上述CdTe 量子点由科幻rst 测定了最大吸收约2.3（1），3.0（2），

3.4（3），3.5（4）和3.7 nm的（5）。五个不同的碲化镉的相对PLQYs 样本估计为20％，48％，45％，53％，和40％，分别作为发光罗丹明6G 参考。

2.3合成参数对QY 型的碲化镉量子点

下列化学反应可以提出在对CdTe 量子点通过微波合成辐照还原路线： 4TeO 32 +3BH4 4Te 2 +3BO2 +6H2O (1)CdCl2+Te2 +MPACd- (MPA)x Te y +2Cl (2)Cd-

(MPA)x Te y CdTe (3)

在合成过程中，碲化镉量子点，得到了反应的Te2和Cd2+TeO3二是减少以Te2以NaBH4。

的存在MPA 各种合成参数infl uence，包括反应温度和时间，pH 值的反应液，摩尔比对镉对MPA 的量子点QYs ，+为调查。在微波辐射下，碲化镉量子点发光波长可调从绿色红色是通过改变生产方便反应温度和时间。

图4（a ）所示发射的PL 峰的CdTe 量子点与不同温度下合成的四个位置的演变 微波辐射时间。正如所料，高温度有利于增长率上升量子点和量子点，获得较大。符合以前的研究中，获得了低QY 型量子点由于在较低温度下大量的事实一些表面缺陷产生的原因量子点的生长缓慢。较高的温度导致量子点中的一个结晶度伴随着一个QY 型[20]增强。

论另一方面，非常高的温度可能导致稳定剂分解[21]，在resultantly 减少在QY 型。

为了获得高品质的量子点时，反应温度必须进行优化，以实现一个附件的平衡/剥蚀率周围的硫醇化合物镉量子点表面[27]。

如图所示。4（b ）项，温度的100130℃有利于形成产品的高QY 型微波辐射下。

pH 值在反应系统是另一个参数infl uencing对CdTe 量子点的合成。 实验结果双方表示，荧光强度和CdTe 量子点的发射峰分别最长强烈infl uenced由pH 值的前兆解决方案（见图。的S -1的电子补充材料（ESM ）的）。 相对较低的pH 值（8.09.0）赞成的PL 提高和稳定碲化镉溶液，按照与以前的报告[30]。低pH 值应增加的数目围绕镉碲化镉表面巯基复合物量子点，并赞成QYs 提高。在合成过程中，MPA 的Cd2 +的摩尔比为是从2.4:1调整到8:1，而金额其他试剂是固定的。碲化镉量子点成为紧紧镉+ - MPA的配合上限更高的精神创伤和痛苦对镉离子的摩尔比，这钝化纳米晶体表面，减少的数量表面缺陷。因此，碲化镉量子点高QY 型和窄半高宽值可以得到的。

与此同时，增长速度放缓，MPA 的增加对Cd2 +的摩尔比（见图。在S- 2ESM）的。如上所述，碲化镉量子点高QY 型通过优化可以得到反应参数。碲化镉量子点与最高QY 型60％制备了在100℃反应30分钟，与MPA 的对镉离子的摩尔比为7:1，在pH8.0。

2.4感测MPA 的皑皑的碲化镉汞的量子点（II ）离子

碲化镉为58％QY 型量子点进行了测试检测Hg2 +离子水介质中的离子。相对 荧光强度测量的EM/前=四百分之五百六十二纳米（见图。无害环境管理中的S -3）。图5显示了对发光汞离子的影响CdTe 量子点。

对CdTe 发光强度量子点先后被越来越失去

图4（a ）在PL （光致发光）的原油对CdTe 量子点的生长过程中溶液的峰值位置的变化在四个不同的温度（1 100℃，。。。）2 110℃，3 120℃，4 130摄氏度。（二）PLQY CdTe量子点在不同的合成反应温度（1。100℃，2。120℃）。 pH 值和MPA ：Cd2 +的摩尔比为科幻xed

图5对汞（二）对MPAcoated 离子发光CdTe 量子点在pH 值8.5。汞离子的浓度（×10 9摩尔/升）在1 70，8，160，400，800，2000和20000

图6的Stern - Volmer地块的FL uorescence强度MPAcoated （女）CdTe 量子点对比的汞离子浓度+离子浓度的汞。

当浓度第05期Hg2+溶液达到200μmol/ L 时发光强度降低到仅是该第十对汞的情况下+。的发光猝灭在量子点都不可能是由于离子结合其次是一个有效的电子转移过程从MPA 的对Hg2+对量子点表面离子图6显示了一个的Stern - Volmer 淬F0的曲线描述/ F为一个函数的汞离子浓度。F0和F 分别为发光 强度所产生的碲化镉量子点中缺席和存在的汞离子分别。的f0/ F针对汞离子浓度表示近线性行为相关（r =0.998）范围内从8.0×10 9摩尔/ L到2.0 ×10 6 mol / L的的极限检测限（LOD ）计算，按照国际化联定义为2.7×10 9 mol / L的，这是低于在十亿分之2（10×10 9摩尔/升）公差限制饮用水中的汞由联合国批准美国环境保护署（EPA ）。这里介绍的方法具有较低的检测限制和高灵敏度，而相比之下，其他大多数最近描述荧光方法[31 34]。MPA 的皑皑显示没有明显的CdTe 量子点淬火等金属离子反应，除了汞+（见图。S - 4中的ESM ）中，这意味着一个相对较高的选择性此方法。

3。结论

总之，这一浅显的准备工作高度发光CdTe 量子点使用Na2TeO3作为特来源通过一锅微波辐射减少路线已被证明。碲化镉量子点高QY 型（40％60％）准备在相对短时间（10 40分），经过综合优化包括反应温度参数和时间，反应液pH 值，和MPA 的Cd2 +的摩尔比。这种合成方法简单，快速，从受益微波辐射使用和易于处理碲前兆，Na2TeO3。在为所得水溶性碲化镉量子点具有高QY 型可用于开发灵敏度高，选择性探针在汞（II ）离子的检测。该反应线性正比于汞离子浓度在8.0×10 9摩尔/ L范围内为2.0×10 6 mol / L的同为2.7×10 9尔

检出限/ L的

致谢

有益的讨论，并与钱教授仪态科幻nancial 支持，从国家自然科学基金会的中国（国家自然科学基金委员会，二千○五十〇万一千○十四），计划为新世纪优秀人才（中央电教馆）和中国国家基础研究发展计划（973计划，2005CB623601，2007CB936602）是感激承认。

电子补充材料：

补充

材料可在这个网上版本文章在http://dx.doi.org/10.1007/s12274-009-9004-0并获得免费的。

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姓名 陆永荣

07化学系