2024年3月17日发(作者:工作情况报告)
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第28卷,第7期
光谱学与光谱分析 Vo1.28,No.7,pp1573—1577
2 0 0 8年7月
Spectroscopy and Spectral Analysis July,2008
“反胶团法"合成的CdS半导体纳米粒子的光谱性质研究
李恒达 ,王庆伟 ,翟宏菊 ,李文连
1.吉林师范大学化学学院,吉林四平136000
2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033
摘要反相胶束是指由介于油和水界面的表面活性剂分子,稳定、且均匀分散于连续油介质中的微液滴。
它可以作为“微反应器”合成性能优良的CdS粒子。文章研究了反相胶束的w值(w一[水1/E表面活性剂])、
ECd2 ]与Es2一]的比例和Cd 和s2一离子的起始浓度对CzlS纳米粒子发光特性均有明显影响。回流处理可
以对CzlS纳米粒子的表面进行修饰,可以使CzlS粒子的缺陷发光减弱并消失而显著增强激子发射,同时可
增大粒径使激子发射峰位红移,体现了明显的量子限域效应;所得材料的室温最大荧光量子效率高达ll 。
关键词CzlS纳米颗粒;反胶团;微反应器;光谱性质
中图分类号:TN3O4.2;0472+.3 文献标识码:A 文章编号:i000—0593(2008}07—1573—05
引 言
1 CdS纳米粒子的光谱性质
由于受量子限域效应等影响,半导体硫属化合物纳米材
1.1 W对CdS纳米微粒光谱性质的影响
料所呈现的不仅与尺寸相关的光电性质引起了人们极大的研 不同w值(w一[水]/E表面活性剂]),所得CdS纳米粒
究兴趣[】 ],而且它们在有机光发射二极管、光电池、传感
子吸收和发射光谱分别如图l(a)和图1(b)所示,峰位变化
器、光催化、非线性光谱和激光等光电器件诸多领域显示了
见表1。可见,随w值增大,吸收峰发生红移,说明纳米粒
巨大的应用潜力[4 ,其中CdS半导体纳米材料更引起了人
子的尺寸逐渐增加。根据有效质量近似原理【_11_对不同w时
们的特别重视[7_ ]。由于CdS纳米粒子的量子尺寸和表面效
制备的CdS纳米粒子的粒径进行估算,其结果与透射电镜表
应使得它的光谱性质与体相材料存在很大的区别。随着CdS
征结果吻合 吸收光谱中吸收肩峰的存在,说明纳米粒子的
纳米粒子的尺寸减小,其吸收和发射光谱均发生蓝移,这种 尺寸分布较窄,这与电镜观察到的结果完全一致。发射光谱
蓝移是量子尺寸效应的直接体现。同时,由于颗粒表面积增 呈现较宽的发射带,体现了较大的表面效应,说明颗粒表面
加,颗粒表面的空位和悬空键这样的缺陷也显著增加,这样
存在大量的缺陷,从而使处于激发态的电子在回到基态的过
既可俘获电子和产生缺陷发射,又可增加无辐射跃迁途径, 程中,未与空穴复合形成激子发射,而是被表面缺陷俘获、
抑制了纳米粒子的本征激子发射,结果是大大影响了CdS纳 产生了如图所示的表面缺陷发射[】 。该发射带随w值的增
米粒子的光谱性质。
大呈红移趋势。
Table 1 Effect ofW[Cdz ]toES2一]ratio on the absorptino and emission peaks
收稿日期:2008-02—10。修订日期:2008—05—20
基金项目:国家自然科学基金项目(10604054)资助
作者简介:李恒达,女,1964年生,吉林师范大学化学学院副教授 e-mail:lhdwd@163.com
*通讯联系人 e-amil:Wqw61 1223@1 63.com
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第7期
2.1回流处理过程
光谱学与光谱分析 1575
回流以后,微液滴内层的水分子被赶出,保证了修饰分子与
纳米粒子表面的直接作用,两者相互作用增强,导致表面修
饰作用更加有效、缺陷减少;其次,CTAB是阳离子表面活
性剂,且极性基团较大,回流前与纳米粒子表面结合作用不
够强,其在纳米粒子的表面排列松散而不致密,使CdS纳米
将W=24.45时所合成的CdS纳米微粒样品用相同组成
但不含反应物的反相胶束稀释一倍,在氮气保护、保持96
℃条件下,分别回流10 rain,1,2,3 h。对不同时间回流后
含有CdS纳米粒子的反相胶束样品进行荧光光谱的表征。
2.2回流对CdS纳米粒子光谱特性的影响
粒子表面仍然存在大量的缺陷。回流过程中,由于正己醇分
子的羟基极性基团较小,可以嵌入CTAB分子之间的空隙,
使修饰分子排列更为致密和修饰更为有效。另外,正己醇与
CdS微粒表面的相互作用较CTAB强r2 ,回流过程中由于
界面刚性重新调整,可能使与CdS纳米粒子表面结合作用较
回流处理前后CdS纳米粒子的发射光谱如图4所示。由
图可见,CdS纳米粒子回流前后的发射光谱发生了很大改
变。与回流前相比,回流后的CdS纳米粒子位于450 nln处
的激子发射峰显著增强,而570 nln处的缺陷发射峰消失。
这主要是回流使CdS纳米微粒的晶化程度提高,减少了纳米
粒子表面缺陷,完善了纳米粒子表面态,有效地提高了电子一
空穴复合的概率,减少了带间激发的电子被空穴俘获的可能
性,从而使缺陷发射减弱、激子发射得到增强。随着回流时
间的增加,激子发射强度不断增强,发射峰位置发生红移。
这归因于回流时间加长后,纳米粒子表面逐渐完善,使激子
发射得到增强;同时,回流也使纳米粒子尺寸不断增大,导
致发射峰发生红移。当回流时间大于3 h后,表面态对发射
光谱的影响已经很小,CdS纳米粒子激子发射强度不再增
加。以硫酸奎宁为标准物质,根据文献r2。。的方法对回流3 h
的CdS纳米粒子进行了室温下荧光量子产率测定,其最大荧
光量子产率为l1 。由此可见,回流处理是一种提高CdS纳
米粒子激子发射强度和量子产率的有效手段。
强的正己醇分子部分取代原有的CTAB分子,也将导致表面
修饰分子排列更为致密,CdS纳米粒子的表面态更趋完善,
使表面缺陷大大减少。当然,回流处理使CdS纳米粒子晶化
程度提高也是造成激子发射增强的原因之一。通过XRD、红
外光谱和XPS表征对所提出的回流修饰机理进行了验证。
从CdS纳米粒子回流前后的XRD图可见(图6),回流后六
方相CdS的(110)和(103)晶面的衍射明显增强,并消除了回
流前因衍射峰宽化而导致的重叠现象。同时,(100)晶面衍
射的增强导致原来中心位置位于27。的衍射峰向低角度移
动。这些变化均源于CdS纳米粒子晶化程度的提高。
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 ̄, 一、,、 Hcxartol●、一、一
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ig.5 SchematFic diagram f thoe enhanced surface bedeck of
the CdS nano-partic by circumfluene treatment
6
一 。~ 一 ∞。 一
Wavelength/nm
Fig.4 Emission spectra of the CdS nano-partic at different
circ ̄llence times(W=24.45).Insert: nIe emis-
sion specta orf the CdS nano-partide without circum-
fluence process
lO 2O 3O 4O 5o 60 70 8o
20/(。)
2.3 CdS纳米粒子表面修饰增强光谱性质的机制
基于对回流处理增强CdS激子发射现象的系统研究,我
们提出了表面活性剂和助表面活性剂协同修饰机理。图5为
回流前后CdS纳米粒子表面修饰示意图。回流前后CdS纳
米粒子表面都应被CTAB和正己醇分子所包覆,但回流后位
于CdS纳米粒子表面的正己醇分子较回流前明显增多,且
CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)和正己醇排列得更为整齐、
Fi蛋6 XRD peaks of CdS nano-partide(W--24.45)with(口)
and without( )circmnfluenc treatment
将w=24.45时制得的CdS纳米粒子进行回流,比较回
流前后的红外光谱,可以表征纳米微粒表面的修饰情况。由
中红外图谱(图7)可见,由于CdS纳米粒子的表面同时存在
CTAB和正己醇,因此回流前后的红外光谱中均可发现两者
致密,两者的协同修饰作用使它们对CdS纳米粒子的表面修
饰更为有效。下面分析这一修饰作用增强的原因。首先,回
流前微液滴内层除了纳米粒子以外,还有一部分水分子,水
的特征振动峰,但回流前后红外光谱的峰形和峰位明显不
同。回流前,中红外区域振动峰的位置和形状与CTAB的峰
位及形状类似,位于2 852和2 923 cIn_1的红外振动峰是由
分子的存在干扰了表面活性剂和纳米粒子表面的相互作用。
CTAB分子中CHz的对称和反对称伸缩振动引起;回流后,
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1576 光谱学与光谱分析 第28卷
仔红外区域的振动峰位置和形状与正己醇的相近,位于
己醇分子中CHz和cH3对称和反对称伸缩振动。这一变化
2 853,2 869,2 923和2 955 cIn 的红外振动峰分别源自正
说明,回流前后包覆在CdS微粒表面的CrAB与正己醇的
相对比例发生了变化,回流后CdS颗粒表面的正己醇量提
高。
3结论
研究发现,反相胶束的W值、[cd ]与Es2一]的比例和
Cd。。}和S2一的起始浓度对CdS纳米粒子发光特性均有明显影
响。吸收和发射光谱表明,在w一24.45,ECd2}。-liESz-]一1
时所得cds为最均一尺寸。在此条件下,选择起始Er ̄l2 ]和
4 o(10 3600 320O 2 8()o 2 4()o
ES2一]为4.23×10 tool・L 时所得CdS纳米粒子呈现最
Wavenumber/cm一
强的激子发射。通过回流处理可以对纳米粒子的表面进行修
№7 FIIR s0 ̄tra of CdS nano-particle th and without
饰和纳米微粒的表面态优化,从而可很好地调控其发光特
cil 珈nlIl蛐treatment,n:without circundluenc treat—
性。修饰可减弱并消失CdS粒子的缺陷发射而显著增强激子
ment,6:by drQiln ̄nenc treatment for 3 h;c:
发射,修饰可增大粒径使激子发射峰位红移,体现了明显的
CI'AB;d:n-hexyl aleolol
量子限域效应,所得材料的室温最大荧光量子产率高达
11%
参 考 文 献
[1]HengleinA Chem.Rev.,1989,89:1861.
[2]AlivisatosA P.J.Phys.Che.m,1996,100;13226.
[3]Weller H.Angew.Chem.Int.Ed EngL,1993,32:41.
[4]Nan&,J,Narayan K S,Murthy B A,et a1.App1.Phys.LetL,1998,72:1335.
[5]Colv/n V L,Schlamp M C,A/ivisatos A P.Nature,1994,370;354.
[6]Dabbousi B O,Bawendi M G,Onitsuka O,et a1.App1.PhyS.Lett.,1995,66:1316.
[7]Colvin V L,Sob[amp M C,Alovisatos A P.Nature,1994,370:3 54.
[8]AndreasK,DanielL J.Electroana1.Chem.,1996,41 8:73.
[9]Smyntyrm V,Golovanov V,Kaciulis S,et a1.Sensors,Actuators B-Chemical,1995,25(1-3):628.
E1o3 WANGHan-hui,YU Jia-lian,HUANG Ji—ping,et al(王涵慧,俞稼镰,黄季平,等).PhotographicScience andPhotochemistry(感光科
学与光化学),1995,13:48.
El13 Brus L E J.Chem.PhyS.,1984,8O:4403.
E123 Hao H E,Sun H P,Zhou Z,et aL Chemistry of Materials,1999,11:3096.
E133 Lived V T,Rossi M,DArirgo G,et aL App1.Phys.A,1999,69:369.
E143 Cher ̄GX,ShenF,YaI1gLF,et a1.MaterialsChem.andPhys.,1998,56:97.
El5]KortanR,HullR,OpilaRL,et aL J.A札Chem.Soc.,1990,112:1327.
[163 PengMCSchlamp,KadavanichAV,A/ivisatosAP.J.Am.Che.mS0c.,1997,119:7019.
E173 Gao M Y,Kirstein S,Mohwald H,et aL J.Phys.Chem.B,1998,102:8360.
E183 HanMY,CanLM,Huar ̄W,et a1.Talanta,1998,45:735.
[193 HanMY,GanLM,HuangW,et aL CheimstyrLetter,1997,(8):751.
E2o3 DawsonWR,WindsorMW.J.Phys.Chem.,1968,72:3251.
E213 CurirL,AgostinaoA,MarinaL,et aL J.Phys.Che.mB,2000,104:8391.
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第7期 光谱学与光谱分析 1577
Properties of Synthesized CdS Nanoparticles by Reverse Micelle Method
LI Heng-da1,WANG Qing-weih,ZHAI Hong-ju1,LI Wen-lian1’。
1.School of Chemistry in Jilin Normal University,Siping 136000,China
2.Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China
Abstract Micelle system with reverse phase(water/CTAB/whexyl laoholc/wheptne)ias a weenie liquid-globelet of surface ac—
tive agent molecule which can be stably and uniormly difspersed in continuous oil medium.The micelle system ith reverse wphase
can work as a“micro-reactor”tO synthesize CdS nano-particle iwth excellent performance.In the present article considering the
effcets ofW value(W=[-water ̄/[surface agent])of the imcelle systme iwth reverse phase,we observed that the ratio of[-Cd2 ]
nad[s2一]ions tO the original ocncentrations of the Cd2+and Sz—ions can affcet the luminescent properties of CdS nano-particle_
Using regurgitant treatment process the surface of CdS nano-particle Can be modifide。and as a result the defect emission waLs re—
duced and even disappeared,but exciton emissions markedly increased.On the other hand,a red-shift of the exciton emission
peak with the increase in the particle size was observed,indiactign considerable quantum confinement effect.A maximum quart—
tum efficiency of 11 for the synthesized CdS nano-material was achieved.
Ke ̄,otCs CdS nanoparticles;Reversemicelle+Micro-reactor;Spectral property
(Received Feb.10,2008;accepted May 20,2008)
*Corresponding author
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