直接合成无毒的水溶性Zn-Cu-In-S/ZnS核壳发光量子点

This project deals with the direct synthesis of nontoxic Zn-Cu-In-S/ZnS core/shell quantum dots by an aqueous phase approach.We are the first to utilize two types of hydrophilic organic ligands mercaptopropionic acid and sodium citrate to balance the reactivity of Zn, Cu, and In cations, and prepare homogeneously alloyed and water-soluble Zn-Cu-In-S quantum dots. By changing the sizes of quantum dots and the ratios of Zn/Cu/In, a full color emisson (450-800nm) will be achieved; by optimizing reaction conditions,such as changing the reaction temperature, the reaction time, pH value, and the type of the ligands etc.the photoluminescence quantum yields can be improved to 30-50%. The advantages of this project are as follows: 1. our Zn-Cu-In-S quantum dots do not contain highly toxic Cadmium and Mercury cations, and they can be used for in vivo bio-imaging;2. our quantum dots are water-soluble,they can be directly utilized for bio-imaging in the absence of the tedious ligand exchange process;3. we adopt an aqueous phase approach to synthesize Zn-Cu-In-S quantum dots, and this approach is simple, green, and highly reproducible, which can be used for large scale synthesis of quantum dots.

本项目主要是利用水相法直接合成无毒的Zn-Cu-In-S/ZnS核壳量子点，创新性的同时使用两种水溶性的有机小分子配体巯基丙酸和柠檬酸钠，消除Zn、Cu和In离子三者之间反应活性的差异，制备出均相的水溶性Zn-Cu-In-S发光量子点。通过控制量子点的粒径和改变Zn/Cu/In三者的比例，实现量子点的全光谱荧光发射（450-800nm），通过优化实验条件，例如改变反应温度、反应时间、溶液的pH值以及有机配体的种类等，把量子点的荧光量子产率提高到30-50％。本项目具有如下优点：1.合成的Zn-Cu-In-S量子点不含Cd和Hg等剧毒金属离子，可用于生物活体成像;2.我们合成的量子点是水溶性的，不需要经过繁琐的配体交换，可以直接用于生物标记；3. 我们利用水相法合成量子点，操作简单、环保、实验重现性高，易于实现大规模的生产。

在该青年基金的资助下,我们主要开展了如下几个方面的工作：1.水溶液法制备水溶性Cu-In-S/ZnS核壳结构量子点的工作；2.基于高压锅大批量制备Cu-In-S/ZnS水溶性量子点的工作；3.大批量制备AgInS2/ZnS、CuInSe2和AgInSe2水溶性量子点的工作4.溶液法制备Cu+和Ag+掺杂的ZnxCd1-xS水溶性量子点的工作；5.；一步法直接制备Cu掺杂的ZnxCd1-xS和ZnxInyS发光量子点薄膜的工作。这些制备方法具有低成本、高效率、适合大批量生产等优点；制得的水溶性量子点和量子点薄膜具有发光波长可调、荧光量子产率高(最高可达52%）的特点，在荧光生物标记、暖色调白光LED器件等领域具有潜在的应用前景..在该青年基金的资助下，我们共发表了与该项目有关的高水平论文SCI 16 篇，包括1篇Inorg. Chem.，2篇Nanoscale，2篇J. Phys. Chem. C，2 篇Green Chem.,，4篇ACS Appl. Mater. Interfaces，1篇Sol. Energy Mater. Sol. Cells，1篇Dalton Trans.，1篇J. Mater. Chem. C，1篇Nanotechnology和1篇CrystEngComm，其中影响因子大于4的研究论文15篇。另外，还有1个国内专利正在审理中。