Eu3+掺杂ZnSe量子点的油相可控合成及掺杂机制研究

本项目是基于对Mn2+、Cu2+等过渡金属离子掺杂半导体量子点研究方法和思路，采用两种掺杂策略，即生长掺杂和成核掺杂策略，通过高温油相法合成"低毒性"Eu3+掺杂ZnSe半导体量子点。对生长掺杂策略，通过光谱表征，探索Eu3+在ZnSe晶格中不同温度下的迁移行为，获取相关动力学参数，对掺杂量子点生长动力学各个参数求解，确定"晶格扩散"等四个基本运动过程的临界温度，以找到一条普适性的掺杂路线；运用化学刻蚀法，结合光谱结果，系统研究Eu3+的掺杂浓度和掺杂位置对光学性质的影响。对成核掺杂策略，通过控制ZnSe的晶相结构，选择合适的反应条件，生长核壳结构或与聚合物形成杂化材料，制备超稳定的高质量掺杂量子点，系统研究合成温度、壳层厚度等对掺杂量子点光化学稳定性的影响。本项目旨在为该类"绿色"掺杂量子点在生物标记、固态发光和量子器件等方面的应用作前期性探索。

理解掺杂量子点的基本掺杂过程是量子点合成化学的关键科学问题，合成高质量掺杂量子点可以为将来量子点的实用化提供材料基础。本项目中我们利用溶液化学方法，获得了如下创新性研究成果：1）通过加入少量In前驱体，采用两条掺杂路线初步合成了Eu:ZnInSe量子点；2）设计和合成了的Eu:In2O3量子线，并对其形成机理进行了探讨；3）以Mn:CdSe、Mn:ZnS等量子点为研究模型，利用稳态光谱为探针，对掺杂的基本过程如晶格扩散、晶格弹出等过程进行了分析，确定了晶格扩散的临界温度；4）合成了Mn:ZnSe、Cu:ZnCdS、Cu:ZnSeS、Ag:ZnCdS、Ag:ZnCdSeS等量子点，系统研究了各种实验条件对量子点发光性质的影响；5）分析了过渡层ZnS和表面层CdS的厚度对MnS/ZnS/CdS量子点发光性质的影响，利用时间分辨光谱，系统研究了温度对不同基质材料的Mn掺杂量子点发光的热效应影响。上述结果表明通过调控量子点的合成路线和实验参数，可以获得高质量发光性能优良的量子点，为后续应用提供了材料基础。