水溶性ZnS纳米晶的合成与结构表征

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纳米晶材料已成为当今国际前沿研究热点,从材料制备、电子能带调控,到基于分离态密度函数的光量子器件等领域,都吸引了众多研究者的参与。应用上一个基本要件是材料制备的简易化,本文采用设计简单、操作方便、成本低、产率高的液相共沉淀法,无毒生物小分子半胱氨酸作为修饰剂,一步合成了高分散水溶性硫化锌纳米晶材料。探讨了合成过程的成核与结晶过程,优化了合成PH环境、硫锌摩尔比率、陈化时间等条件;最后利用尺寸选择沉淀技术,对合成的水溶性硫化锌纳米晶粉末进行了XRD和Raman光谱表征。主要研究内容如下:   1、采用易于操作的液相共沉淀法合成了水溶性硫化锌纳米晶材料,选用无毒生物氨基酸小分子L-半胱氨酸作为修饰剂,不仅增大了该类纳米晶材料的水溶性,并预留了生物标记偶联端链;选用三羟甲基氨基甲烷作为PH缓冲剂,提供了稳定的PH生成环境。研究表明缓冲剂对纳米晶分散性至关重要,优化了合成环境,成功合成了平均尺寸3.2nm左右高分散水溶性硫化锌纳米晶材料。该水溶性纳米晶的紫外可见吸收光谱结果表明,样品尺寸分布均匀,体现了明显的量子限域效应。   2、采用尺寸选择共沉淀技术,构造去离子水/纳米晶/无水乙醇组合,对合成的水溶性纳米晶原液进行多次沉淀、洗杂处理,最后将得到的湿粉体材料在常温空气条件下在干燥箱中进行鼓风干燥。   3、对干燥的样品进行XRD表征。结果表明本实验合成的样品具有立方闪锌矿结构,样品平均尺寸在3-4nm左右;讨论了合成条件对其晶型质量的影响。   4、对干燥的样品进行了Raman光谱表征,指认了其特征拉曼峰。结果显示,本样品具有立方闪锌矿硫化锌的特征振动峰,展宽的一级横向及纵向光学振动拉曼峰均向低能方向移动,表现出明显的量子限域效应,并观察到了其二级横纵光学振动峰。Raman光谱结果证实本实验选用的修饰剂L-半胱氨酸,已成功通过共价键把巯基硫原子与纳米晶表面锌原子相结合。
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