量子点的微反应合成及应用

量子点又称半导体纳米颗粒，是准零维纳米材料，由少量的原子所构成，其三个维度的尺寸都在10 nm 以下，外观恰似一极小的点状物。量子点具有荧光波长可调、激发波长宽、荧光单色性好、荧光性能稳定等优异的性能，在太阳能电池、发光二极管、生物医药等领域有广泛的应用。量子点作为纳米材料中的重要一员，从20世纪80年代引起广大科学家关注，成为纳米技术领域理论与应用研究的焦点，正成为引领技术革新的关键材料。 量子点制备方法可分为物理法和胶体化学法两大类，其中物理法包括化学气相沉积法和分子束外延法等；化学法包括有机金属高温溶剂热法、水热法、微波辐射法、反向微乳液法、电化学沉淀法等。本书介绍了一种连续高效的微反应合成技术，并对量子点的新应用进行了专门介绍。本书出版的目的是为国内相关领域的研究学者提供学术研究的参考，本书也可以作为材料、化工、机械相关专业的研究生的学习用书。本书内容主要取材于笔者近年来的一系列研究结果，陆续发表在该领域的国内外核心期刊上。 本书介绍了量子点的微反应合成及其应用，内容涵盖了量子点和微反应技术的概述，CdSe/ZnS及Ⅱ-Ⅵ族复合结构量子点全连续微反应合成，高效发光CuInS2和CuInS2/ZnS量子点的合成及工艺连续化研究，针对量子点的规模化生产工艺的经济性分析，含镉量子点在离子检测中的应用，量子点在太阳能电池中的应用，量子点在结构健康监测中的应用等。每章后面列有参考文献以供读者更深入地了解研究细节。 本书是在华东理工大学过程设备科学与工程研究室涂善东院士及多位老师、研究生的大力协助下完成的。书中涉及的内容多为笔者十几年来培养的研究生完成的，他们是杨洪伟、万真、付红红、袁斌霞、付敏、赵子铭、尹少峰、张成喜、张少甫、姚子豪、钟祺欣、殷宇航、陈莹、苏伟超、张舒侣、魏怡飞、黄艺卉等，对他们的付出表示感谢。 本书内容涉及量子点微反应合成的相关工作，近年来，研究组在量子点的应用上做了大量工作。因此，在书稿中我们添加了量子点应用和前沿进展的相关内容。限于水平和时间，本书的错误和不当之处在所难免，请读者不吝批评指正。栾伟玲2019年12月于华东理工大学

栾伟玲博士，教授，博士生导师，*优秀青年教师、上海市曙光学者、上海市教育系统巾帼建功标兵。围绕微化学机械系统基础理论及应用、纳米材料合成及能源技术、智能装备监测开展研究，主持国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划（973计划）子课题、*科学技术研究重点计划、*优秀青年教师资助计划、中德国际合作研究计划、上海市优秀留学归国人员科研基金、上汽集团科技发展基金等多项攻关课题。

第1章 量子点的概述 ………………………………………………………… １
１．１　量子点的概念…………………………………………………………… １
１．２　量子点发光原理………………………………………………………… ３
１．３　量子点的光谱调控……………………………………………………… ４
１．４　量子点的光学性能……………………………………………………… ４
１．５　量子点的合成…………………………………………………………… ６
１．５．１　有机金属高温溶剂热法制备量子点研究进展……………………… ６
１．５．２　水溶性量子点的制备……………………………………………… ８
１．６　量子点的表征方法……………………………………………………… ９
１．６．１　吸收光谱和荧光光谱……………………………………………… ９
１．６．２　荧光量子产率…………………………………………………… １０
１．６．３　Ｘ射线衍射（XRD） ……………………………………………… １０
１．６．４　Ｘ射线能谱（EDS）………………………………………………… １０
１．６．５　电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）…………………………… １１
１．６．６　场发射透射电镜（FE-TEM） ……………………………………… １１
１．７　量子点的应用………………………………………………………… １１
１．７．１　量子点在发光二极管中的应用…………………………………… １２
１．７．２　量子点在太阳能电池领域的应用………………………………… １４
１．７．３　量子点在生物医学中的应用……………………………………… １６
１．７．４　量子点在离子测定中的应用……………………………………… １７
第2章 微反应技术…………………………………………………………… ２６
２．１　微反应技术的基本概念……………………………………………… ２６
２．２　微反应技术的特点…………………………………………………… ２７
２．３　微反应系统的制造…………………………………………………… ２９
２．３．１　常用材料………………………………………………………… ２９
２．３．２　加工技术………………………………………………………… ３０
２．３．３　连接技术………………………………………………………… ３６
２．４　微反应技术的应用…………………………………………………… ３９
２．４．１　微反应技术在化工领域的应用………………………………… ４０
２．４．２　微反应技术在生物领域的应用………………………………… ４５
２．４．３　微反应技术在热动力领域的应用……………………………… ４７
第3章 CdX(X=Se,S)/ZnS及Ⅱ-Ⅵ族复合结构量子点全连续微反应合成…… ５４
３．１　概述…………………………………………………………………… ５４
３．２　CdX(X=Se,S)/ZnS全连续微反应合成………………………… ５４
３．２．１　CdSe 前驱体合成工艺优化………………………………………… ５４
３．２．２　CdS/ZnS 核壳量子点合成工艺优化……………………………… ６９
３．３　Ⅱ Ⅵ族复合结构量子点全连续微反应合成………………………… ７４
３．３．１　绿色到深红色荧光CdSexS1-x合金结构量子点…………………… ７４
３．３．２　近红外荧光CdSexTe1-x合金量子点……………………………… ８２
３．４　微反应模块系统放大合成核壳结构量子点………………………… ９４
３．４．１　微模块介绍……………………………………………………… ９４
３．４．２　微模块反应系统的搭建…………………………………………… ９８
３．４．３　核壳结构量子点的放大生产……………………………………… ９９
第4章 高效发光CuInS2和CuInS2/ZnS量子点的合成及连续化工艺研究…… １１０
４．１　概述…………………………………………………………………… １１０
４．２　低温合成广谱发光核壳CIS/ZnS量子点的研究………………… １１１
４．２．１　实验方法……………………………………………………… １１１
４．２．２　ZnS的包裹对CIS吸收特性的影响和CIS/ZnS的晶体结构分析…… １１２
４．２．３　CIS核反应时间对光学特性的影响……………………………… １１５
４．２．４　ZnS包裹温度对CIS荧光量子产率的影响……………………… １１６
４．２．５　配体修饰对量子点光学特性和晶体生长的影响…………………… １１７
４．３　高效发光梯度核壳CIS/ZnS量子点的合成工艺研究…………… １２１
４．３．１　实验方法……………………………………………………… １２１
４．３．２　CIS/ZnS发光动力学研究……………………………………… １２１
４．３．３　ZnS壳层包裹时间和核反应时间对CIS/ZnS荧光特性的影响…… １２３
４．３．４　Zn/Cu原料摩尔比对CIS/ZnS发光特性的影响………………… １２４
４．３．５　壳层包裹温度对CIS/ZnS发光特性的影响……………………… １２５
４．３．６　CIS/ZnS的化学稳定性………………………………………… １２６
４．４　CIS和CIS/ZnS量子点的放大生产……………………………… １２６
４．４．１　实验工艺及方法……&h