試劑課堂:綠色熒光碲化鎘量子點(diǎn)quantum dot的制備方法

前言：

   量子點(diǎn)是一種重要的低維半導(dǎo)體材料，其三個(gè)維度上的尺寸都不大于其對應(yīng)的半導(dǎo)體材料的激子玻爾半徑的兩倍。量子點(diǎn)一般為球形或類球形，其直徑常在2-20 nm之間。常見的量子點(diǎn)由IV、II-VI，IV-VI或III-V元素組成。具體的例子有硅量子點(diǎn)、鍺量子點(diǎn)、硫化鎘量子點(diǎn)、硒化鎘量子點(diǎn)、碲化鎘量子點(diǎn)、硒化鋅量子點(diǎn)、硫化鉛量子點(diǎn)、硒化鉛量子點(diǎn)、磷化銦量子點(diǎn)和砷化銦量子點(diǎn)等。

產(chǎn)品介紹：碲化鎘量子點(diǎn)

別稱：綠光碲化鎘量子點(diǎn)，紅光碲化鎘量子點(diǎn)，熒光碲化鎘量子點(diǎn)，碲化鎘quantum dot

英文名稱：Cadmium telluride quantum dot

粒度：5 nm

發(fā)光顏色：從綠光到紅光，顏色可調(diào) 

量子產(chǎn)率：60%以上（相對量子產(chǎn)率，參照物：羅丹明B）

溶劑：水

合成方法：巰基乙酸、醋酸鎘、亞碲酸鉀、硼氫化鈉在堿性條件下加熱合成

背景介紹：

量子點(diǎn)( quantum dots，QDs)是近年發(fā)展起來的一種新型熒光材料，與傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料相比，具有許多優(yōu)良的光譜性能，在光電池、光催化及生物標(biāo)記等研究領(lǐng)域顯示了**廣闊的應(yīng)用前景，已經(jīng)引起了人們越來越多重視。量子點(diǎn)是由有限數(shù)目的原子組成，三個(gè)維度尺寸均在納米數(shù)量級。量子點(diǎn)一般為球形或類球形，是由半導(dǎo)體材料(通常由IB～MA或IIA～VA元素組成)制成的、穩(wěn)定直徑在220nm的納米粒子。作為一種新穎的半導(dǎo)體納米材料，量子點(diǎn)具有許多獨(dú)特的納米性質(zhì)。基于量子點(diǎn)本身的量子效應(yīng)，量子點(diǎn)具有獨(dú)特的性質(zhì)。當(dāng)粒子的尺寸進(jìn)入納米量級時(shí)，量子限域效應(yīng)，尺寸效應(yīng)，宏觀量子隧道效應(yīng)，介電限城效應(yīng)和表面效應(yīng)都被尺寸限城引起。這些被引起的效應(yīng)將派生出與納米體系和微觀體系不同的低維物性，展現(xiàn)出許多不同于宏觀材料的物理和化學(xué)方面的性質(zhì)。基于以上這些性質(zhì)，使量子點(diǎn)在磁介質(zhì)，催化，非線性光學(xué)，醫(yī)藥及功能材料等方面具有非同一般的應(yīng)用前景，也會(huì)對信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和生命科學(xué)以及物質(zhì)領(lǐng)域基礎(chǔ)研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。很多現(xiàn)代發(fā)光材料和器件都由半導(dǎo)體量子結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，材料形成的量子點(diǎn)尺寸都與過去常用的染料分子的尺寸接近，因而象熒光染料一樣對生物醫(yī)學(xué)研究有很大用途。相對于傳統(tǒng)有機(jī)染料而言，量子點(diǎn)具有窄的發(fā)射光譜，寬的激發(fā)光譜，熒光量子產(chǎn)率高，壽命長和與生物有良好的相容性等非常好的熒光特性，是一種理想的分子熒光探針。從生物體系的發(fā)光標(biāo)記物的差別上講，量子點(diǎn)由于量子力學(xué)的奇妙規(guī)則而具有**的尺寸效應(yīng)，基本上高于特定域值的光都可吸收，而一個(gè)有機(jī)染料分子只有在吸收合適能量的光子后才能從基態(tài)升到較高的激發(fā)態(tài)，所用的光必須是波長或顱色，這明顯與半導(dǎo)體體相材料不同，而量子點(diǎn)要吸收所有高于其帶隙能量的光子，但所發(fā)射的光波長(即顏色)又非常具有尺寸依賴性。所以，單一種類的納米半導(dǎo)體材料就能夠按尺寸變

化產(chǎn)生一個(gè)發(fā)光波長不同的、顏色分明的標(biāo)記物家族，這是料分子根本無法實(shí)現(xiàn)的。

與傳統(tǒng)的染料分子相比，量子點(diǎn)確實(shí)具有多種優(yōu)勢。無機(jī)微晶能夠承受多次的激發(fā)和光發(fā)射，而有機(jī)分子卻會(huì)分解。持久的穩(wěn)定性可以讓研究人員更長時(shí)間地觀測細(xì)胞和組織，并毫無困難地進(jìn)行界面修飾連接。量子點(diǎn)的好處是有豐富的顏色。

目前主要有三種制備量子點(diǎn)的方法:

1在水相中合成量子點(diǎn);

2是在有機(jī)相中合成量子點(diǎn)，

3是用微乳液法制備量子點(diǎn)。水相中合成量子點(diǎn)是目前公認(rèn)的綠色環(huán)保的方法。在量子點(diǎn)中，碚化鎘量子點(diǎn)是很具有代表性的一個(gè)。

1.啼氫化鈉的制備

稱取40mg的稀粉和40mg的氫化鈉放入小瓶中，通入氣保護(hù)，氪氣保護(hù)的目的是防止氫化鈉被氧化，氣的流速要保持恒定。入氣10min后迅速加入2m超純水，搖晃數(shù)分鐘，使反應(yīng)完全。制得氫化鈉的水溶液。

水溶性碲化鎘量子點(diǎn)的制備

稱取2.g的氫氧化鈉溶于100ml的水中，制得氫氧化鈉的水溶液。

稱取0.1g的氯化鎘溶于100ml水中，超聲溶解后加入0.1ml的基乙酸，向以巰基乙酸為穩(wěn)定劑的溶液中加入氫氧化鈉溶液，將該溶液調(diào)節(jié)為堿性。(注意:在加入氫氧化鈉的水溶液后，以巰基乙酸為穩(wěn)定劑的氯化錫的水溶液必須在超聲中超聲后再檢測溶液的pH)，將調(diào)節(jié)好pH值的溶液倒入三口瓶中，通入氣保護(hù)，通入氨氣20min后，將新鮮制備的碲氫化鈉溶液迅速加入三口瓶中，加熱回流，在磁力攪拌的情況下反應(yīng)一定時(shí)間即得化鎘量子點(diǎn)。其它條件不變，改變?nèi)芤旱?/span>pH值，重復(fù)以上試驗(yàn)。其它條件不變，改變反應(yīng)溫度，重復(fù)以上試驗(yàn)。其它條件不變，改變回流時(shí)間，重復(fù)以上試驗(yàn)。

2.結(jié)果與討論

不同pH值對制備化鎘的影響及其原因當(dāng)溫度為50℃-70℃，反應(yīng)時(shí)間為10-60min時(shí)，均可合成碲化鎘量子點(diǎn)，只是由于溫度的因素會(huì)使合的量子點(diǎn)的量和熒光強(qiáng)度有區(qū)別。將上步制得的碲氫化鈉進(jìn)行下一步反應(yīng)來制備以巰基乙酸為穩(wěn)定劑的確化鎘量子點(diǎn)，在反應(yīng)溫度相同，回流時(shí)間相同的條件下，改變反應(yīng)體系的pH值，分別在pH值為80，9.0、10.0、110的情況下進(jìn)行反應(yīng)，制得化鎘量子點(diǎn)。對制得的化鎘量子點(diǎn)進(jìn)行熒光強(qiáng)度測試，并且在自然光和紫外光下比較化鎘量子點(diǎn)的色變化。結(jié)果顯示，在自然光下，隨著體系pH值的變化，碲化鋦量子點(diǎn)色逐漸由無色變?yōu)榧t色。

在紫外燈下，pH值分別為80.9.0100110的量子點(diǎn)的色分別是淺藍(lán)色，亮綠色，深綠色和暗綠色，其中，pH值為9，0的條件下合成的化量子點(diǎn)的熒光亮。

通過分光光度計(jì)對反應(yīng)產(chǎn)物化鎘的熒光強(qiáng)度進(jìn)行測試，由圖1可以看出，反應(yīng)體系的pH值對產(chǎn)物碲化鎘的熒光強(qiáng)度有很大的影響。反應(yīng)體系的pH值過高或者過低都將使產(chǎn)物碲化鎘的熒光強(qiáng)度減弱，在pH值為90時(shí)，制備的碲化鎘的熒光強(qiáng)度強(qiáng)。

由試驗(yàn)結(jié)果也可看出，隨之反應(yīng)體系的pH值的減小，所得碲化鎘的色也在逐漸的減弱;在pH值過高的情況下制得的碲化在放置數(shù)天后，出現(xiàn)了沉淀現(xiàn)象。從圖中可以看出，由于量子點(diǎn)的尺寸效應(yīng)，量子點(diǎn)的熒光發(fā)射光譜的發(fā)射峰從520nm紅移到560m。

3.不同溫度對制備碲化鎘的影響

在pH值為9.0的情況下，其他條件相同的情況下，分別在50℃，60℃，70℃的條件下合成碲化。對在不同溫度下合成的碲化鎘量子點(diǎn)進(jìn)行熒光強(qiáng)度分析。結(jié)果顯示，著反應(yīng)溫度的提高，在自然光下反應(yīng)液的顏色逐漸由無色變?yōu)樯罴t色。隨著反應(yīng)溫度的提高，在紫外燈下，反應(yīng)液的顏色逐由綠色變?yōu)樯铧S色。

由熒光譜圖可以看出，在60℃合成的化鎘的熒光強(qiáng)度強(qiáng)。這是因?yàn)?/span>:在溫度過低的時(shí)侯，巰基與離子的配合能力過低，反應(yīng)不能進(jìn)行完全;當(dāng)溫度過高時(shí)，碲氫化鈉將會(huì)被氧化，使產(chǎn)率降低。所以，合成水溶性碲化鎘量子點(diǎn)的佳溫度為60℃。

在60℃，pH值為9.0的條件下，合成碲化鎘，每陽10min取一次確化鎘，對所得的確化鎘進(jìn)行熒光測試。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到40min時(shí)，所得到的化鎘的熒光性能強(qiáng)。出現(xiàn)這種情況的原因?yàn)?/span>:當(dāng)反應(yīng)時(shí)間過短時(shí)，反應(yīng)物沒有完全反應(yīng)，使得沒有生成足夠多的碚化鎘:當(dāng)反應(yīng)時(shí)間過長時(shí)，碲氫化鈉被氧化。此時(shí)制備的化鎘量子點(diǎn)顏色是黃色，在紫外光下，該量子點(diǎn)的顏色是亮綠色。

4.結(jié)論

通過以上的實(shí)驗(yàn)及分析可知，在合成碲化鎘量子點(diǎn)的過程中，關(guān)健的步驟是合成碲氫化鈉。在pH值為90，反應(yīng)溫度為60℃，回流時(shí)間為40min的條件下，碲氫化鈉可以與氯化鎘充分反應(yīng)，得到熒光強(qiáng)度強(qiáng)的碲化鎘量子點(diǎn)。在自然光下，該量子點(diǎn)的顏色是黃色，在紫外光下，該量子點(diǎn)的顏色是亮綠色。本次實(shí)驗(yàn)合成的化鎘量子點(diǎn)為后續(xù)超分子

的識(shí)別以及應(yīng)用研究提供了基礎(chǔ)載體，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究提供了基礎(chǔ)材料。該方法合成簡單、綠色、環(huán)保，對環(huán)境友好，成本經(jīng)濟(jì)實(shí)用，合成的量子點(diǎn)產(chǎn)品穩(wěn)定實(shí)用。

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西安齊岳生物科技有限公司是國內(nèi)的納米靶向試劑及材料供應(yīng)商，我公司實(shí)驗(yàn)室開發(fā)上市熒光量子點(diǎn)系列產(chǎn)品（Fluorescent Quantum Dot），我們可以提供4種不同核殼型的熒光量子包括有：CdSe/ZnS硒化鎘-硫化鋅量子點(diǎn) ，CdS/ZnS硫化鎘-硫化鋅熒光量子點(diǎn)，InP/ZnS磷化銦-硫化鋅熒光量子點(diǎn)，ZnSe/ZnS硒化鋅-硫化鋅熒光量子點(diǎn)四種。同時(shí)我們還提供不同表面配體的核殼型熒光量子點(diǎn)產(chǎn)品包括有：十八胺、alkyl、油酸、氨基和羧基。我們的Fluorescent nanocrystals產(chǎn)品還包括脂溶性的和水溶性的，水溶性的是通過外圍包裹一層聚乙二醇PEG而實(shí)現(xiàn)水溶性的，表面可以修飾氨基和羧基。

相關(guān)產(chǎn)品：

碳量子點(diǎn)，水溶性碳量子點(diǎn)，綠光碳量子點(diǎn)CQDs

碳量子點(diǎn)（氮摻雜）氮摻雜碳量子點(diǎn)（N-CQDs），

碳量子點(diǎn)（發(fā)光顏色可調(diào)），熒光碳量子點(diǎn)，藍(lán)光綠光紅光碳量子點(diǎn)

硫量子點(diǎn)，藍(lán)色熒光硫量子點(diǎn)

硫量子點(diǎn)，藍(lán)色熒光量子點(diǎn)

硫量子點(diǎn)（羧甲基纖維素修飾），藍(lán)光羧甲基纖維素鈉修飾硫量子點(diǎn)

石墨烯量子點(diǎn)，熒光藍(lán)光石墨烯量子點(diǎn)

石墨烯量子點(diǎn)（胺修飾），胺化石墨烯量子點(diǎn) Aminated GQDs

石墨烯量子點(diǎn)（氮、硫參雜）氮、硫摻雜石墨烯量子點(diǎn)，藍(lán)光氮硫雙摻雜石墨烯量子點(diǎn)

碲化鎘量子點(diǎn)，熒光碲化鎘量子點(diǎn)

綠光碲化鎘量子，橙光碲化鎘量子點(diǎn)

硫化鋅量子點(diǎn)，硫化鋅熒光量子點(diǎn)(InP-ZnS quantum dots)

硫化鋅量子點(diǎn)（Mn²⁺摻雜），錳摻雜硫化鋅量子點(diǎn)，硫化鋅摻雜錳量子點(diǎn)

硒化鎘量子點(diǎn)，硒化鎘(CdSe)熒光量子點(diǎn)，核殼型硒化鎘CdSe量子點(diǎn)

核殼InP/ZnE(E=S, Se)量子點(diǎn)，InP/ZnS核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)

黑磷量子點(diǎn)，綠色熒光黑磷量子點(diǎn)

氮化碳量子點(diǎn)，摻雜氮化碳熒光量子點(diǎn)

齊岳生物小編ssl2021.10.29