室溫氧化鋅ZnO量子點(diǎn)的制備過(guò)程及結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)表征

基于傳統(tǒng)的室溫溶膠凝膠法，利用甲醇鈉作為堿源制備了氧化鋅量子點(diǎn)（ZnO QDs），探究不同甲醇鈉添加量對(duì)合成ZnO QDs形貌及光學(xué)性質(zhì)的影響。利用X射線衍射（XRD）、透射電子顯微鏡（TEM）、紫外-可見(jiàn)吸收光譜（UV-vis）和光致發(fā)光譜（PL）多種表征方法對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征和分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)所制備的ZnO QDs為六方纖維鋅礦結(jié)構(gòu)，呈球形，尺寸在5nm。由于小尺寸引起的量子限域效應(yīng)，與塊材相比，ZnO QDs的吸收波長(zhǎng)發(fā)生明顯的藍(lán)移。室溫光致發(fā)光譜表明樣品熒光發(fā)射峰位于510nm附近。較后提出ZnO QDs可能的形成機(jī)理。

 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

如圖1所示，稱取0.5g醋酸鋅置于兩口燒瓶中，用量筒量取20mL乙醇加入至兩口燒瓶中，將兩口燒瓶置于電熱套上高速攪拌，在80℃加熱回流，直至溶液澄清透明，隨后將兩口燒瓶取下置于水浴中冷卻至室溫。稱取不同量的甲醇鈉Zn(Ac)2﹒2H2O/CH3ONa的摩爾比分別為1:1.4、1:2、1:2.5、1:3.3）溶解在20mL乙醇中，超聲20min，隨后取出置于水浴中冷卻至室溫。將上述甲醇鈉乙醇溶液緩慢倒入醋酸鋅乙醇溶液中，室溫下磁力攪拌反應(yīng)30min，取0.2mLAPTES與2mL水混合后逐滴加入上述溶液，5min后停止反應(yīng)，使用離心機(jī)在4100r/min條件下離心5min，然后將沉淀用乙醇洗滌、離心，重復(fù)以上操作兩次以去除未反應(yīng)的前驅(qū)物及副產(chǎn)物，較后將沉淀放在70℃烘干2h。

1.3 測(cè)試與表征

采用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV-vis）測(cè)量紫外可見(jiàn)吸收光譜。采用X射線衍射儀（XRD）分析產(chǎn)物晶型。樣品粉末在無(wú)水乙醇中超聲分散成膠體溶液并浸漬銅網(wǎng)，室溫干燥后測(cè)試，得到的樣品采用透射電子顯微鏡（TEM）觀察。

2.1 結(jié)構(gòu)及形貌表征

通過(guò)X射線衍射儀得到圖2所示的ZnO QDsX射線衍射譜圖，合成ZnO QDs樣品的特征峰和JCPDS卡標(biāo)準(zhǔn)值（JCPDS36-1451）基本一致，表明所合成的ZnO量子點(diǎn)為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，衍射角2θ=32.07、34.5、36.5、47.7、57.1、63.1、68.1處出現(xiàn)了衍射峰，剛好對(duì)應(yīng)了氧化鋅六方纖鋅礦晶型的（100）、（002）、（101）、（102）、（110）、（103）、（112）晶面。XRD譜圖對(duì)應(yīng)準(zhǔn)確并無(wú)其他雜峰，樣品純凈度高。不同堿量下制備樣品的衍射峰的半峰寬發(fā)生明顯的寬化，這是由于ZnO QDs的小尺寸所造成的。從透射電子顯微鏡圖3可以看出,所制備的樣品尺寸均勻，近似球形，粒徑在5nm附近。