发光硫纳米点的合成、光学性质与应用研究进展
发布时间：2021-08-18 08:03
硫纳米点（Sulfur nanodots,简称S-dots）具有无毒、原料来源丰富、易于溶液加工等优点,是一种新兴发光纳米材料。与广泛研究的Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点、钙钛矿量子点以及碳点相比,S-dots的合成、光学性质及其应用研究尚处于初级阶段,详细总结S-dots研究的相关进展将极大地推动该材料的基础研究与应用发展。本文综述了S-dots的合成、光学性质表征及其在分析传感、生物成像以及光电器件等领域的应用研究进展,并对S-dots发展方向与前景进行了展望,希望能为该领域研究人员提供参考。
【文章来源】：发光学报. 2020,41(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
天然气加工、石油等工业领域产生的单质硫成山堆积图片[2]。
单质硫的合成、加工历史悠久,通过物理研磨、机械刻蚀以及化学氧化等策略可以将单质硫/硫化物转化为纳米材料。然而,将单质硫加工成发光材料仍处于研究的初步阶段,且受到越来越广泛的关注。2014年,李顺兴教授率先提出了相界面反应策略制备发光S-dots(图2)[13]。他们首先在有机溶液中合成CdS 量子点,随后加入HNO3水溶液,在有机相和水相的界面发生S2-的溶出和氧化,进一步生成S-dots。获得的S-dots具有良好的分散性,发射蓝色荧光,荧光量子效率为0.549%。2018年,申丽华等创新性地提出了top-down的策略制备S-dots,该策略以块体单质硫为原料,通过NaOH处理,在聚乙二醇(PEG-400)的钝化与稳定下,制备了发光S-dots[14]。该课题组进一步提出了S-dots的合成经历了“组装-裂变”机理,单质硫与NaOH反应形成Na2S,并进一步与单质硫反应生成不同尺寸的硫纳米颗粒,颗粒之间发生组装、裂变过程,最终达到热力学、动力学平衡,生成稳定的发光S-dots(图3)。采用该方法制备的S-dots发射蓝绿色荧光,具有激发波长依赖性。在紫外灯下能够看到强烈的蓝色发光,且其发射波长可以通过改变激发波长在420～561 nm调控。该材料的发射光谱相对较宽,半峰宽超过80 nm,主要原因为合成的S-dots尺寸分布不均匀,导致发光颜色分布范围宽。其激发光谱具有量子点明显特征,具有宽激发范围,在350 nm处有一个宽峰。该合成策略一定程度上钝化了表面缺陷,将其发光效率提高至3.8%。该工作为发光硫材料的制备开辟了一条崭新的途径,为光电器件构筑、分析传感、生物成像以及药物输送等领域提供了材料基础[14-15]。多个课题组提出了多种合成策略对合成过程进行调控,从而缩短合成时间,对发光颜色进行调控,并进一步提高发光效率。我们课题组发现,“组装-裂变”过程中加入H2O2可以显著降低其平衡时间,且将发光效率提高至23%,发光颜色可以通过控制H2O2的加入量在蓝色-绿色范围内调节(图4)[16]。通过光谱与结构表征,我们发现H2O2的加入可以有效地钝化S-dots的表面缺陷,抑制硫纳米颗粒的组装过程,从而降低平衡时间。同时,S-dots表面钝化显著降低了非辐射跃迁过程,从而提高了发光效率。
白光 LED 具有体积小、高效、节能、寿命长、驱动电压低等优点,广泛用于全色显示、交通信号灯以及室内外照明[34-38]。荧光粉材料在白光LED器件构筑中具有重要的作用,直接决定了器件的发光性能[39-41]。S-dots具有制备简单、原料来源丰富、无毒等优点,在白光LED构筑中显示了巨大潜力。我们课题组首次报道了基于S-dots的白光LED构筑工作。通过双氧水辅助策略合成了蓝光S-dots,并与橙色铜纳米团簇、紫外LED芯片结合构筑了白光LED,在最佳条件下获得了显色指数91、色温5 624 K的正白光,CIE色坐标为(0.33,0.32)(图10)[16]。该研究开创了S-dots光电器件的应用先河,然而受到S-dots发光效率偏低、热稳定性差等因素制约,该白光LED器件的发光效率仍较低,需要进一步改进。周立课题组构建了基于S-dots的发光凝胶、发光薄膜等样品,为其在光电器件方面的应用提供了更多材料基础[20]。我们相信,随着S-dots合成技术与光学调控性能的提高,更高效的白光LED器件将会问世。5.4 其他应用
【参考文献】：
期刊论文
[1]ZnO量子点的制备及其在白光LED中的应用[J]. 朱菲菲,杨柳,刘凯,刘为振,张涔,徐海阳,马剑钢. 发光学报. 2017(11)
[2]氧化物膜包覆碱土硫化物荧光粉的研究[J]. 郭崇峰,初本莉,徐剑,苏锵. 发光学报. 2004(04)
本文编号：3349527
【文章来源】：发光学报. 2020,41(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
天然气加工、石油等工业领域产生的单质硫成山堆积图片[2]。
单质硫的合成、加工历史悠久,通过物理研磨、机械刻蚀以及化学氧化等策略可以将单质硫/硫化物转化为纳米材料。然而,将单质硫加工成发光材料仍处于研究的初步阶段,且受到越来越广泛的关注。2014年,李顺兴教授率先提出了相界面反应策略制备发光S-dots(图2)[13]。他们首先在有机溶液中合成CdS 量子点,随后加入HNO3水溶液,在有机相和水相的界面发生S2-的溶出和氧化,进一步生成S-dots。获得的S-dots具有良好的分散性,发射蓝色荧光,荧光量子效率为0.549%。2018年,申丽华等创新性地提出了top-down的策略制备S-dots,该策略以块体单质硫为原料,通过NaOH处理,在聚乙二醇(PEG-400)的钝化与稳定下,制备了发光S-dots[14]。该课题组进一步提出了S-dots的合成经历了“组装-裂变”机理,单质硫与NaOH反应形成Na2S,并进一步与单质硫反应生成不同尺寸的硫纳米颗粒,颗粒之间发生组装、裂变过程,最终达到热力学、动力学平衡,生成稳定的发光S-dots(图3)。采用该方法制备的S-dots发射蓝绿色荧光,具有激发波长依赖性。在紫外灯下能够看到强烈的蓝色发光,且其发射波长可以通过改变激发波长在420～561 nm调控。该材料的发射光谱相对较宽,半峰宽超过80 nm,主要原因为合成的S-dots尺寸分布不均匀,导致发光颜色分布范围宽。其激发光谱具有量子点明显特征,具有宽激发范围,在350 nm处有一个宽峰。该合成策略一定程度上钝化了表面缺陷,将其发光效率提高至3.8%。该工作为发光硫材料的制备开辟了一条崭新的途径,为光电器件构筑、分析传感、生物成像以及药物输送等领域提供了材料基础[14-15]。多个课题组提出了多种合成策略对合成过程进行调控,从而缩短合成时间,对发光颜色进行调控,并进一步提高发光效率。我们课题组发现,“组装-裂变”过程中加入H2O2可以显著降低其平衡时间,且将发光效率提高至23%,发光颜色可以通过控制H2O2的加入量在蓝色-绿色范围内调节(图4)[16]。通过光谱与结构表征,我们发现H2O2的加入可以有效地钝化S-dots的表面缺陷,抑制硫纳米颗粒的组装过程,从而降低平衡时间。同时,S-dots表面钝化显著降低了非辐射跃迁过程,从而提高了发光效率。
白光 LED 具有体积小、高效、节能、寿命长、驱动电压低等优点,广泛用于全色显示、交通信号灯以及室内外照明[34-38]。荧光粉材料在白光LED器件构筑中具有重要的作用,直接决定了器件的发光性能[39-41]。S-dots具有制备简单、原料来源丰富、无毒等优点,在白光LED构筑中显示了巨大潜力。我们课题组首次报道了基于S-dots的白光LED构筑工作。通过双氧水辅助策略合成了蓝光S-dots,并与橙色铜纳米团簇、紫外LED芯片结合构筑了白光LED,在最佳条件下获得了显色指数91、色温5 624 K的正白光,CIE色坐标为(0.33,0.32)(图10)[16]。该研究开创了S-dots光电器件的应用先河,然而受到S-dots发光效率偏低、热稳定性差等因素制约,该白光LED器件的发光效率仍较低,需要进一步改进。周立课题组构建了基于S-dots的发光凝胶、发光薄膜等样品,为其在光电器件方面的应用提供了更多材料基础[20]。我们相信,随着S-dots合成技术与光学调控性能的提高,更高效的白光LED器件将会问世。5.4 其他应用
【参考文献】：
期刊论文
[1]ZnO量子点的制备及其在白光LED中的应用[J]. 朱菲菲,杨柳,刘凯,刘为振,张涔,徐海阳,马剑钢. 发光学报. 2017(11)
[2]氧化物膜包覆碱土硫化物荧光粉的研究[J]. 郭崇峰,初本莉,徐剑,苏锵. 发光学报. 2004(04)
本文编号：3349527
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3349527.html
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