铕与卤素及氧与溴共掺杂的硫化锌量子点的合成与发光性能研究
发布时间：2021-07-13 20:04
ZnS量子点作为一种新型发光材料,因其独特的光学特性和在众多领域的广阔应用前景而成为研究的热点。适当掺杂能使量子点光电性能明显提高,从而拓展其应用潜力。为了进一步提高ZnS量子点的发光特性,本论文采用低温固相法合成了Eu3+与卤素离子以及O2-与Br-共掺的ZnS量子点,并利用X射线粉末衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见光反射光谱和光致发光谱（PL）对样品的晶体结构、成分、形貌、粒度、分散性、禁带宽度及发光性能进行了表征分析,探讨了发光机理。同时,依据第一性原理,采用MS模拟计算了ZnS、ZnS:3.125%O、ZnS:3.125%Br和ZnS:3.125%Br:3.125%O的能带结构和电子态密度,计算结果与实验结果形成了很好的对应。主要研究结果有:1.Eu3+与卤素共掺杂的ZnS量子点的制备与发光性能研究采用低温固相法合成了立方闪锌矿结构、准球形、平均晶粒尺寸分别为4.5、5.2、3.54.3、4.24.8...
【文章来源】：江西财经大学江西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZnS的两种结构：a为立方闪锌矿结构，b为六方铅锌矿结构
第一章绪论3构成正四面体晶格，同样，每个S原子也与4个Zn原子连接构成正四面体晶格。图1.1ZnS的两种结构：a为立方闪锌矿结构，b为六方铅锌矿结构1.3.2ZnS量子点的能带结构ZnS量子点的能带结构可以从两个方面阐述。一方面是分子体系向量子点结构的转变，另一方面是基于固体能带理论向量子点能带的变化。在这里我们采用分子体系来阐述ZnS能带由体材料到量子点的变化。在双原子分子轨道理论中，原子a的一个轨道与原子b的一个轨道相重叠，结果形成了两个离域于a原子和b原子的分子轨道，其中一个分子轨道是“成键的”，能量比原子轨道的能量低，另一个是“反键的”，比原子轨道的能量低[16]。如图1.2所示。在一个体系中，随着分子数目的增加，分子的轨道数目也随之增加，相邻轨道之间的能隙宽度减小，成键和反键轨道之间的能级宽度也随之减小，最终形成一个准连续的能级。对于ZnS量子点，分子的数目比较少，分子轨道数目也比体材料少，各相邻分子轨道的能级宽度增大，带隙宽度也随之增加。图1.2ZnS量子点的能带结构1.4ZnS量子点的光致发光机理ZnS的电子吸收一定能量的光子后被激发到更高的能级，处于激发态的电子
铕与卤素及氧与溴共掺杂的ZnS量子点的合成与发光性能研究16图3.1ZnS、Zn0.99SEu0.01和Zn0.99S1-xEu0.01Fx（0.02≤x≤0.01）量子点的XRD图谱表3.1：ZnS、Zn0.99SEu0.01和Zn0.99S1-xEu0.01Fx（0.02≤x≤0.1）的晶格常数与晶粒尺寸样品晶格常数（）平均晶粒尺寸（nm）ZnS5.37944.5Zn0.99SEu0.015.41635.2Zn0.99S0.98Eu0.01F0.025.38694.3Zn0.99S0.96Eu0.01F0.045.38303.8Zn0.99S0.94Eu0.01F0.065.37603.9Zn0.99S0.92Eu0.01F0.085.36103.7Zn0.99S0.90Eu0.01F0.105.35043.53.2.2透射电镜及高分辨透射电镜数据从图3.2观察到ZnS量子点团聚在一起（a），由直径为5~6nm的准球形颗粒组成（b），（111）晶面的晶面间距为0.319nm。从图3.2（c，d）可以观察到Zn0.99SEu0.01样品的由直径为4.1~5.4nm的准球形颗粒组成，（111）晶面的晶面间距为0.314nm，样品存在团聚现象，但是比ZnS样品的分散性要好一些，可能是由于有少部分的Eu3+被吸附在Zn0.99SEu0.01样品的表面，降低了其表面张力，使整体表面能下降，从而分散性得到提高。从图3.2（e，f）中可以看到：掺杂F-后的Zn0.99SEu0.01量子点直径明显减小，为3.3~3.8nm的准球形粒子，（111）晶面的晶面间距为0.31nm。以上结果与XRD数据结果相符。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钴掺杂硫化锌催化剂的制备及其电催化析氢性能[J]. 胡万晶,张琴,向晖,李轩科. 武汉科技大学学报. 2019(04)
[2]基于CdSe/ZnS量子点荧光生物传感器构建与应用[J]. 唐志英,孙泽坤,冯泳林,邵丽萍,白忠臣. 传感器与微系统. 2019(07)
[3]基于溶液ZnS量子点的肖特基结日盲紫外探测器[J]. 匡文剑,贾文博,刘雪峰,刘灏铭,施昊松,陈晓丹. 光电子技术. 2019(01)
[4]溶胶凝胶自燃烧法合成ZnS纳米颗粒及粒径控制[J]. 赵绪,秦双莉,蒋毓文. 西南大学学报(自然科学版). 2018(11)
[5]ZnS量子点荧光探针对Pb2+的检测研究[J]. 张艺,朱振华,黄珏欣. 化学试剂. 2018(02)
[6]水热法制备ZnS纳米球及其光催化性能研究[J]. 李家贵,韦庆敏. 玉林师范学院学报. 2017(05)
[7]基于ZnS:Ni/ZnS量子点的电化学传感器用于检测邻苯二酚[J]. 李书芳,王勇,董莹,屈建莹,屈建航. 河南大学学报(自然科学版). 2017(01)
[8]ZnS量子点荧光分光光度法检测牛血清白蛋白含量的研究[J]. 纪圆圆,高华峰,董玲玉,刘长霞. 北京化工大学学报(自然科学版). 2016(05)
[9]ZnS量子点的制备及光催化性能研究[J]. 魏茂彬,王佳琳,曹健,杨景海. 吉林师范大学学报(自然科学版). 2016(02)
[10]发光纳米材料制备方法综述[J]. 赵世华. 化工新型材料. 2013(11)
博士论文
[1]基于氮化碳光催化材料的设计及其可见光降解环境有机污染物的研究[D]. 颜佳.江苏大学 2017
[2]ZnS和ZnO纳米材料的制备及其光致发光性能的研究[D]. 陈忠.南昌大学 2013
硕士论文
[1]氧化锌量子点结构、缺陷和发光性能的研究[D]. 庄晋艳.天津理工大学 2009
[2]Mn～（2+）Eu～（3+）掺杂纳米ZnS发光性质研究[D]. 任山令.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2002
本文编号：3282714
【文章来源】：江西财经大学江西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZnS的两种结构：a为立方闪锌矿结构，b为六方铅锌矿结构
第一章绪论3构成正四面体晶格，同样，每个S原子也与4个Zn原子连接构成正四面体晶格。图1.1ZnS的两种结构：a为立方闪锌矿结构，b为六方铅锌矿结构1.3.2ZnS量子点的能带结构ZnS量子点的能带结构可以从两个方面阐述。一方面是分子体系向量子点结构的转变，另一方面是基于固体能带理论向量子点能带的变化。在这里我们采用分子体系来阐述ZnS能带由体材料到量子点的变化。在双原子分子轨道理论中，原子a的一个轨道与原子b的一个轨道相重叠，结果形成了两个离域于a原子和b原子的分子轨道，其中一个分子轨道是“成键的”，能量比原子轨道的能量低，另一个是“反键的”，比原子轨道的能量低[16]。如图1.2所示。在一个体系中，随着分子数目的增加，分子的轨道数目也随之增加，相邻轨道之间的能隙宽度减小，成键和反键轨道之间的能级宽度也随之减小，最终形成一个准连续的能级。对于ZnS量子点，分子的数目比较少，分子轨道数目也比体材料少，各相邻分子轨道的能级宽度增大，带隙宽度也随之增加。图1.2ZnS量子点的能带结构1.4ZnS量子点的光致发光机理ZnS的电子吸收一定能量的光子后被激发到更高的能级，处于激发态的电子
铕与卤素及氧与溴共掺杂的ZnS量子点的合成与发光性能研究16图3.1ZnS、Zn0.99SEu0.01和Zn0.99S1-xEu0.01Fx（0.02≤x≤0.01）量子点的XRD图谱表3.1：ZnS、Zn0.99SEu0.01和Zn0.99S1-xEu0.01Fx（0.02≤x≤0.1）的晶格常数与晶粒尺寸样品晶格常数（）平均晶粒尺寸（nm）ZnS5.37944.5Zn0.99SEu0.015.41635.2Zn0.99S0.98Eu0.01F0.025.38694.3Zn0.99S0.96Eu0.01F0.045.38303.8Zn0.99S0.94Eu0.01F0.065.37603.9Zn0.99S0.92Eu0.01F0.085.36103.7Zn0.99S0.90Eu0.01F0.105.35043.53.2.2透射电镜及高分辨透射电镜数据从图3.2观察到ZnS量子点团聚在一起（a），由直径为5~6nm的准球形颗粒组成（b），（111）晶面的晶面间距为0.319nm。从图3.2（c，d）可以观察到Zn0.99SEu0.01样品的由直径为4.1~5.4nm的准球形颗粒组成，（111）晶面的晶面间距为0.314nm，样品存在团聚现象，但是比ZnS样品的分散性要好一些，可能是由于有少部分的Eu3+被吸附在Zn0.99SEu0.01样品的表面，降低了其表面张力，使整体表面能下降，从而分散性得到提高。从图3.2（e，f）中可以看到：掺杂F-后的Zn0.99SEu0.01量子点直径明显减小，为3.3~3.8nm的准球形粒子，（111）晶面的晶面间距为0.31nm。以上结果与XRD数据结果相符。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钴掺杂硫化锌催化剂的制备及其电催化析氢性能[J]. 胡万晶,张琴,向晖,李轩科. 武汉科技大学学报. 2019(04)
[2]基于CdSe/ZnS量子点荧光生物传感器构建与应用[J]. 唐志英,孙泽坤,冯泳林,邵丽萍,白忠臣. 传感器与微系统. 2019(07)
[3]基于溶液ZnS量子点的肖特基结日盲紫外探测器[J]. 匡文剑,贾文博,刘雪峰,刘灏铭,施昊松,陈晓丹. 光电子技术. 2019(01)
[4]溶胶凝胶自燃烧法合成ZnS纳米颗粒及粒径控制[J]. 赵绪,秦双莉,蒋毓文. 西南大学学报(自然科学版). 2018(11)
[5]ZnS量子点荧光探针对Pb2+的检测研究[J]. 张艺,朱振华,黄珏欣. 化学试剂. 2018(02)
[6]水热法制备ZnS纳米球及其光催化性能研究[J]. 李家贵,韦庆敏. 玉林师范学院学报. 2017(05)
[7]基于ZnS:Ni/ZnS量子点的电化学传感器用于检测邻苯二酚[J]. 李书芳,王勇,董莹,屈建莹,屈建航. 河南大学学报(自然科学版). 2017(01)
[8]ZnS量子点荧光分光光度法检测牛血清白蛋白含量的研究[J]. 纪圆圆,高华峰,董玲玉,刘长霞. 北京化工大学学报(自然科学版). 2016(05)
[9]ZnS量子点的制备及光催化性能研究[J]. 魏茂彬,王佳琳,曹健,杨景海. 吉林师范大学学报(自然科学版). 2016(02)
[10]发光纳米材料制备方法综述[J]. 赵世华. 化工新型材料. 2013(11)
博士论文
[1]基于氮化碳光催化材料的设计及其可见光降解环境有机污染物的研究[D]. 颜佳.江苏大学 2017
[2]ZnS和ZnO纳米材料的制备及其光致发光性能的研究[D]. 陈忠.南昌大学 2013
硕士论文
[1]氧化锌量子点结构、缺陷和发光性能的研究[D]. 庄晋艳.天津理工大学 2009
[2]Mn～（2+）Eu～（3+）掺杂纳米ZnS发光性质研究[D]. 任山令.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2002
本文编号：3282714
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