溶液中无机阴离子在纳米晶表面上的复合与稳定化作用研究

纳米电子/光电子器件的性能与固态半导体纳米晶中的晶粒间距密切相关。使用新颖的无机阴离子配体替代纳米晶表面上传统的有机分子配体，既可显著降低固态纳米晶中的晶粒间距，又可促使纳米晶的多功能化，在固态纳米晶器件的设计和制备方面展现了诱人的应用前景。本项目拟将不同组成、结构和电荷的金属硫族化物复合阴离子与II-VI族元素组成的纳米晶在溶液中复合形成无机阴离子配体包覆的纳米晶。利用溶液化学研究技术，并结合材料学研究方法，阐明有机分子配体、溶剂性质、反离子类型、溶液离子强度、以及纳米晶的带隙宽度和量子限域效应对无机阴离子配体－纳米晶复合作用的影响，分析探讨溶液中各组分之间协同相互作用机制，揭示影响无机阴离子配体－纳米晶复合稳定性、以及无机阴离子配体包覆的纳米晶在溶液中分散稳定性的关键因素，为合理地开发和设计多功能化的无机阴离子配体、以及通过调控静电相互作用组装高性能纳米器件提供实验和技术支持的依据。

配体在纳米晶的合成、自组装、器件设计、及其实际应用方面起着重要的作用，因此纳米晶表面配体的性质、及其与溶液中离子或分子之间特殊的相互作用，已成为国内外科学研究的重点问题之一。本项目首先设计并合成出了功能化的离子型配体，并利用溶液化学研究方法，探讨了这些配体在不同性质的溶剂中的存在状态，分析了巯基功能化咪唑盐光致发光的红移效应和在极性溶剂中的兰移效应、及其影响因素和变化规律。控制合成出了尺寸大小不同、结晶度高、单分散性好、具有不同发射波长(波长范围在440~630nm之间)的纳米晶 (CdTe, CdSe, CdSe/CdS, Ag)，其中水相可控合成路径为绿色合成纳米晶提供了一种新的思路。结合纳米晶材料学研究结果，分析讨论了离子型配体与纳米晶的复合作用，以及不同溶剂和外加盐的阴、阳离子性质对配体－纳米晶复合作用的影响。阐明了光氧化增强半导体纳米晶光致发光增强的机制，总结和分析了溶液中离子型配体、有机分子、无机盐等各组分之间协同相互作用对纳米晶稳定性的影响规律。研究结果表明：将特定设计和合成的多功能配体，与无机纳米晶进行复合，不仅有利于改善无机纳米晶自身的性能，而且有利于获得更多功能的纳米晶溶液。在本项目的研究中，这些多功能化的纳米晶已被成功地用于光传感、离子传感、温度传感、光控开关、催化作用、以及纳米晶表面吸附热力学函数 (ΔG、ΔH、ΔS) 的测定等方面。