二维过渡金属硫族化合物量子点的制备及其光热治疗的应用

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近年来,二维过渡金属硫族化合物(2D-TMDs)由于其独特的物理和化学性质,已经成为当前研究的热点。块状TMDs材料被剥离至单层或数层,且其横向尺寸减小至10 nm以内时,TMDs纳米材料受量子限域效应影响,呈现出新颖的电子和光学性质,成为一类新型的准零维纳米材料-二维过渡金属硫族化合物量子点(2D-TMD QDs)。尽管最近的一些研究已经显示出2D-TMD QDs在催化、储能、传感、成像与治疗等领域具有广阔的应用前景,但是2D-TMD QDs的相关研究仍然十分有限,无论在材料制备、性质研究,还是应用探索方面均有待发展。在这篇硕士论文中,我们首先拓展了2D-TMD QDs材料的制备方法,发展了一种可在水相环境直接制备超小尺寸的MSe2(M=Mo,W)量子点的超声辅助液相剥离技术;在此基础上,我们研究了MoSe2量子点的光热性质,并首次将其作为光热试剂应用到体外肿瘤细胞的光热治疗中。为了进一步解决超声剥离等自上而下(Top-Down)制备方法中存在的材料种类有限、产率较低等问题,我们发展了一种胶体化学可控制备2D-TMD QDs的通用方法。论文主要研究内容如下:第一章:简要概述了2D-TMD QDs的结构和性质,总结了2D-TMD QDs的制备方法及其在各个领域的应用,并说明了本论文的选题依据、研究思路及研究重点。第二章:发展了超声辅助水相制备MSe2(M=Mo,W)量子点的方法。以水为溶剂,以F127为表面活性剂,通过超声剥离的方法制备了MoSe2和WSe2量子点。该方法简易、温和且通用性强。通过透射电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征技术,研究了MoSe2和WSe2量子点的形貌、尺寸、厚度、结构和成分,结果表明所制备的MSe2量子点具有超小的尺寸(23 nm),具有13层的厚度(0.72.1 nm),而且形貌规整,尺寸均一。XRD和XPS的表征结果表明MSe2量子点仍具有原有的2H结构与成分,Mo、W与Se元素在制备过程中均未发生氧化。第三章:研究了MoSe2量子点的胶体稳定性、光热性能、生物毒性和对肿瘤细胞的光热治疗效果。通过超声辅助液相剥离制备的MoSe2量子点在近红外区域(785 nm)有高的消光系数(17.4 Lg-1cm-1),高的光热转换效率(46.5%)。体外细胞实验结果表明,MoSe2量子点细胞毒性很低,并在近红外激光(785 nm)的照射下,能有效地杀灭HeLa细胞(人宫颈癌细胞)。第四章:发展了一种通用的胶体化学法来制备2D-TMD QDs。利用三辛基膦作为配位溶剂,可将固体粉末状的非金属源(硒、碲等)溶解,从而制备出非金属源前体溶液;将金属羰基化合物和三辛基氧膦混合,加热直至全部溶解作为金属源前体,以十八烯为反应溶剂,在惰性气体保护下成功制备了MoSe2、MoTe2、WSe2三种量子点,可以通过控制反应时间和配体的量来调控量子点的尺寸。该方法可以制备二维过渡金属硒化物与碲化物量子点,因而具有良好的通用性。此外,该方法还具有反应产率较高、反应条件温和、制备工艺简单、可大规模生产等很多优点。
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