試劑課堂:綠色熒光碲化鎘量子點quantum dot的制備方法

前言：

   量子點是一種重要的低維半導體材料，其三個維度上的尺寸都不大于其對應的半導體材料的激子玻爾半徑的兩倍。量子點一般為球形或類球形，其直徑常在2-20 nm之間。常見的量子點由IV、II-VI，IV-VI或III-V元素組成。具體的例子有硅量子點、鍺量子點、硫化鎘量子點、硒化鎘量子點、碲化鎘量子點、硒化鋅量子點、硫化鉛量子點、硒化鉛量子點、磷化銦量子點和砷化銦量子點等。

產(chǎn)品介紹：碲化鎘量子點

別稱：綠光碲化鎘量子點，紅光碲化鎘量子點，熒光碲化鎘量子點，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( 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、光催化及生物標記等研究領域顯示了**廣闊的應用前景，已經(jīng)引起了人們越來越多重視。量子點是由有限數(shù)目的原子組成，三個維度尺寸均在納米數(shù)量級。量子點一般為球形或類球形，是由半導體材料(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體納米材料，量子點具有許多獨特的納米性質(zhì)。基于量子點本身的量子效應，量子點具有獨特的性質(zhì)。當粒子的尺寸進入納米量級時，量子限域效應，尺寸效應，宏觀量子隧道效應，介電限城效應和表面效應都被尺寸限城引起。這些被引起的效應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方面的性質(zhì)。基于以上這些性質(zhì)，使量子點在磁介質(zhì)，催化，非線性光學，醫(yī)藥及功能材料等方面具有非同一般的應用前景，也會對信息技術的持續(xù)發(fā)展和生命科學以及物質(zhì)領域基礎研究產(chǎn)生深遠的影響。很多現(xiàn)代發(fā)光材料和器件都由半導體量子結構所構成，材料形成的量子點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)學研究有很大用途。相對于傳統(tǒng)有機染料而言，量子點具有窄的發(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)光標記物的差別上講，量子點由于量子力學的奇妙規(guī)則而具有**的尺寸效應，基本上高于特定域值的光都可吸收，而一個有機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，這明顯與半導體體相材料不同，而量子點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體材料就能夠按尺寸變

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

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

目前主要有三種制備量子點的方法:

1在水相中合成量子點;

2是在有機相中合成量子點，

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

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，氪氣保護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，使反應完全。制得氫化鈉的水溶液。

水溶性碲化鎘量子點的制備

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，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一定時間即得化鎘量子點。其它條件不變，改變?nèi)芤旱?/span>pH值，重復以上試驗。其它條件不變，改變反應溫度，重復以上試驗。其它條件不變，改變回流時間，重復以上試驗。

2.結果與討論

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

在紫外燈下，pH值分別為80.9.0100110的量子點的色分別是淺藍色，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的熒光亮。

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

由試驗結果也可看出，隨之反應體系的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，由于量子點的尺寸效應，量子點的熒光發(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進行熒光強度分析。結果顯示，著反應溫度的提高，在自然光下反應液的顏色逐漸由無色變?yōu)樯罴t色。隨著反應溫度的提高，在紫外燈下，反應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度強。這是因為:在溫度過低的時侯，巰基與離子的配合能力過低，反應不能進行完全;當溫度過高時，碲氫化鈉將會被氧化，使產(chǎn)率降低。所以，合成水溶性碲化鎘量子點的佳溫度為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，對所得的確化鎘進行熒光測試。當反應進行到40min時，所得到的化鎘的熒光性能強。出現(xiàn)這種情況的原因為:當反應時間過短時，反應物沒有完全反應，使得沒有生成足夠多的碚化鎘:當反應時間過長時，碲氫化鈉被氧化。此時制備的化鎘量子點顏色是黃色，在紫外光下，該量子點的顏色是亮綠色。

4.結論

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

的識別以及應用研究提供了基礎載體，為后續(xù)的實驗研究提供了基礎材料。該方法合成簡單、綠色、環(huán)保，對環(huán)境友好，成本經(jīng)濟實用，合成的量子點產(chǎn)品穩(wěn)定實用。

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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商，我公司實驗室開發(fā)上市熒光量子點系列產(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 ，CdS/ZnS硫化鎘-硫化鋅熒光量子點，InP/ZnS磷化銦-硫化鋅熒光量子點，ZnSe/ZnS硒化鋅-硫化鋅熒光量子點四種。同時我們還提供不同表面配體的核殼型熒光量子點產(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而實現(xiàn)水溶性的，表面可以修飾氨基和羧基。

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齊岳生物小編ssl2021.10.29