一类新型表面功能化半导体纳米晶/聚合物杂化材料的构筑及其光电性质研究

本项目提出利用具有重要光电应用的含氮功能配位分子直接功能化高质量的CdSe及CdSe/ZnS核/壳半导体纳米晶表面，制备高荧光量子产率和具有电子传输能力的复合纳米晶的新思路，并将其与聚合物复合制备新型光电功能杂化材料应用于构筑发光二极管（LEDs）。建立光电功能配体结构与纳米晶尺寸大小及表面结构等对复合纳米晶光学性质的影响，并揭示发光机理。设计合成大分子光电功能配体及侧链带有双键的荧光共轭聚合物，实现功能化纳米晶在聚合物基体中的共价稳定复合，解决分散聚集问题，并研究它们之间的相互作用对杂化材料光物理性质的影响。利用这些新型聚合物杂化纳米材料兼具发光层和电子传输层的特性，采用双层和三层器件结构构筑LEDs，建立表面功能化纳米晶/聚合物杂化材料物性及不同的器件设计结构与电致发光器件各种性能参数（包括发光效率、亮度和启动电压等）的构效关系，为这类新型纳米杂化功能材料在光电领域的应用提供理论据。

本项目在含氮杂环有机光电分子功能化半导体纳米晶及其聚合物杂化材料的制备和光电性质方面深入开展一系列创新性的研究工作。我们利用各种小分子功能配体如，8-羟基喹啉（HQ）、5-甲基丙烯酰乙氧甲基-8-羟基喹啉（MQ）、4-羟基-1,5-萘啶（ND）以及含8-羟基喹啉的大分子配体对油相和水相合成的各种半导体纳米晶（包括ZnS、CdSe/ZnS核/壳纳米晶及合金纳米晶）进行表面功能化，对复合纳米晶的光物理性质进行了详细研究，并揭示功能配体对纳米晶发光性质调控的机理，建立了白光复合纳米晶构筑的有效途径。成功地合成了侧链带有苯乙烯双键结构的聚苯撑乙烯类共轭/非共轭发光聚合物，并将其与上面的CdSe/ZnS核/壳纳米晶复合构筑了透明体相纳米复合材料，建立了功能化纳米晶在聚合物中复合的有效方法，解决了无机纳米微粒在聚合物基体中的聚集和相分离问题，为获得优异光物理性质的复合材料提供了前提。通过利用这些新型杂化材料构筑不同结构发光二极管（LEDs），研究它们在电致发光器件构造中作为发光层和电子传输功能的光电特性，结果表明基于8-羟基喹啉功能化的半导体纳米晶/聚合物杂化膜构筑的LED器件性能较之未功能化半导体纳米晶的器件要好，初步证明了纳米晶表面形成的8-羟基喹啉金属配合物对于改善器件的电子传输性质，提高LED的性能具有重要作用，为今后这类材料在光电领域的应用奠定基础。以介孔二氧化硅纳米粒子作为主体材料，分别通过原位生成和离子交换原位聚合的方法将功能化ZnS纳米晶、8-羟基喹啉锌配合物(Znqx)和聚对苯撑乙烯(PPV)引入到介孔SiO2纳米微粒中制备出具有不同荧光发射特性和稳定发光的介孔二氧化硅纳米微粒(MSNs)。研究了上面得到的新型荧光纳米杂化材料在爆炸物检测，药物缓释和细胞成像方面的应用。