摘 要

CdSe量子点及其核壳结构量子点由于具有荧光量子产率高、发光覆盖整个可见光区、合成方法简但、量子点稳定等优点备受关注。本文利用化学溶液法合成了CdSe单核量子点和核/壳CdSe/CdS量子点，研究了CdS包覆层数、CdSe纤锌矿核和闪锌矿核对CdSe/CdS核壳量子点的微观结构和光学性能的影响。主要研究内容和实验结果如下：

1. 采用化学溶液法制备CdSe/CdS核壳量子点，研究了不同CdS壳包覆层数制备的CdSe/CdS核壳量子点的微观结构和光学性质，实验结果表明：随着CdS壳包覆层数的增加，CdSe/CdS核壳量子点的XRD衍射峰从CdSe逐渐向CdS转变；CdSe/CdS核壳量子点的形状接近球形，尺寸分布没有明显扩大，具有分辨良好的晶格条纹，结晶良好；吸收峰以及PL发光峰都出现连续红移，PLQY先增加后下降，CdS包覆3层的CdSe/CdS QDs PLQY最大。
2. 采用化学溶液法制备CdSe/CdS核壳量子点，研究了不同的CdSe核尺寸制备的CdSe/CdS核壳量子点的微观结构和光学性质，实验结果表明：在相同厚度的CdS壳层中，较小的CdSe核比较大的核具有更大的晶格收缩；CdSe/CdS核壳量子点形状都接近球形，单分散性好，具有分辨良好的晶格条纹，壳层通过外延生长方式生长在QDs表面；吸收峰以及PL发光峰都出现连续红移，PLQY急剧增加。
3. 采用化学溶液法制备CdSe/CdS核壳量子点，研究了闪锌矿CdSe核制备的CdSe/CdS核壳量子点的微观结构和光学性质，实验结果表明：以闪锌矿CdSe量子点为核合成的CdSe/CdS核/壳量子点继承了CdSe裸核量子点的闪锌矿晶体结构，随着壳层层数的增加，CdSe/CdS核壳量子点的XRD衍射峰逐渐从闪锌矿CdSe衍射峰向闪锌矿CdS对应的衍射峰位置移动；晶粒形貌接近球形，且单分散性好；吸收峰以及PL发光峰都出现连续红移，以CdS壳层达到3层为分界线，PLQY先增加后减小，PL峰的FWHM先下降后上升。

（4）采用化学溶液法制备CdSe/CdS核壳量子点，研究了纤锌矿CdSe核制备的CdSe/CdS核壳量子点的微观结构和光学性质，实验结果表明：以纤锌矿CdSe量子点为核合成的CdSe/CdS核/壳量子点继承了CdSe裸核量子点的纤锌矿晶体结构，CdSe/CdS核壳量子点XRD衍射峰与纤锌矿CdSe核的衍射峰大致相同，并有向CdS壳层的衍射峰靠拢的趋势；形态从球形逐渐拉长为棒状；吸收峰以及PL发光峰都出现连续红移，PLQY值先上升后下降。闪锌矿与纤锌矿CdSe/CdS核/壳量子点的光学性质显著不同，闪锌矿CdSe/CdS核/壳量子点的PLQY值高于在相同条件下合成的纤锌矿CdSe/CdS核/壳量子点的PLQY值。

关键词：CdSe量子点；CdSe/CdS核壳量子点；闪锌矿结构；纤锌矿结构

Abstract

CdSe quantum dots (QDs) and their core-shell structured QDs have attracted much attention because of their high fluorescence quantum yield, luminescence covering the whole visible region, simple synthesis method and stable quantum dots. In this paper, the CdSe mononuclear qds and core/shell CdSe/CdS qds were synthesized by chemical solution method. the effects of CdS coating layers, wurtzite cores and sphalerite cores on the microstructure and optical properties of CdSe/CdS core-shell qds were investigated. The main research contents and experimental results are as follows:

（1）The microstructure and optical properties of CdSe/CdS core-shell qds prepared by chemical solution method were studied. the experimental results showed that the XRD diffraction peaks of CdSe/CdS core-shell qds gradually changed from CdSe to CdS with the increase of the number of shell-coated layers. the shape of the core-shell qds is close to spherical, the size distribution is not obviously expanded, and the lattice fringes with good resolution are well crystallized; the absorption peak as well as the PL luminescence peak showed a continuous red shift, PLQY first increased and then decreased, and the CdSe/CdS QDs PLQY of CdS coated 3 layers was the largest.

（2）The microstructure and optical properties of CdSe/CdS core-shell qds prepared by chemical solution were studied. the experimental results show that: in the same thickness of CdS shell, the smaller CdSe core has larger lattice shrinkage; CdSe/CdS core-shell qds are nearly spherical in shape and have good monodispersity with well-resolved lattice fringes, and the shell grows on the QDs surface by epitaxy growth; The absorption peak and the PL luminescence peak all appear the continuous red shift, PLQY increases sharply.

（3）The microstructure and optical properties of CdSe/CdS core-shell quantum dots prepared by sphalerite CdSe CdSe/CdS core were studied by chemical solution method. the grain morphology is close to spherical, and the monodispersity is good; the absorption peak and the PL luminescence peak all appear continuous red shift, with the CdS shell reaching 3 layers as the dividing line, the PLQY increases first and then decreases, and the FWHM of the PL peak decreases first and then rises.

（4）The microstructure and optical properties of CdSe/CdS core-shell quantum dots prepared by wurtzite CdSe CdSe/CdS core-shell quantum dots were studied by chemical solution method. The absorption peak and the PL luminescence peak both showed a continuous red shift, and the PLQY value increased first and then decreased. the optical properties of sphalerite and wurtzite CdSe/CdS core/shell qds are significantly different. the PLQY value of sphalerite CdSe/CdS core/shell qds is higher than that of wurtzite CdSe/CdS core/shell qds synthesized under the same conditions.

Key Words：CdSe quantum dots; CdSe/CdS core-shell quantum dots; sphalerite structure; wurtzite structure

目 录

摘 要 Ⅲ

Abstract Ⅴ

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2量子点的发展历史 1

1.3量子点的一般合成方法 2

1.3.1沉淀法 2

1.3.2溶胶-凝胶法 2

1.3.3水热法 3

1.3.4溶剂热法 3

1.4 CdSe/CdS核壳型量子点 3

1.4.1核壳结构的定义 3

1.4.2核壳结构的制备 3

1.4.3核壳结构的应用 4

1.4.4 CdSe/CdS核壳结构 4

1.5本论文的主要研究内容及意义 5

第2章 实验部分 6

2.1实验药品与仪器 6

2.1.1实验药品 6

2.1.2实验仪器 6

2.1.3测试仪器 7

2.2实验过程 7

2.2.1闪锌矿CdSe核量子点的制备 7

2.2.2纤锌矿CdSe核量子点的制备 7

2.2.3 CdSe/CdS核壳结构量子点的制备 8

2.3 表征方法 8

2.3.1 X射线衍射分析（XRD） 8

2.3.2 透射电镜分析（TEM） 8

2.3.3 紫外可见吸收光谱分析（UV-vis） 8

2.3.4 荧光光谱分析(PL) 8

第3章 实验的结果与讨论 9

3.1 CdS不同包覆层数对CdSe/CdS核壳量子点性能的影响 9

3.1.1 XRD分析 9

3.1.1 SEM分析 9

3.1.3 UV-Vis及PL光谱分析 10

3.2 不同CdSe核尺寸对CdSe/CdS核壳量子点性能的影响 11

3.2.1 XRD分析 11

3.2.2 SEM分析 12

3.2.3 UV-Vis和PL光谱分析 13

3.3 闪锌矿CdSe核对CdSe/CdS核壳量子点性能的影响 14

3.3.1 XRD分析 14

3.3.2 TEM和HRTEM分析 15

3.3.3 UV-Vis和PL光谱分析 16

3.4 纤锌矿CdSe核对CdSe/CdS核壳量子点性能的影响 17

3.4.1 TEM和XRD分析 17

3.4.2 UV−Vis以及PL光谱分析 18

第4章 结论 20

参考文献 21

致 谢 23

绪论

1.1研究背景

由于化石燃料价格的快速增长和二氧化碳排放造成的温室效应增加的巨大危险，为了满足清洁能源和可再生能源的需求，对太阳能电池的需求非常迫切。其中量子点太阳能电池作为新型太阳能电池的代表，是近年来材料领域研究的一大热门。

量子点（Quantum Dots，简称为QDs），即半导体纳米晶体。因为其粒子半径介于1-10nm范围之内，受到量子尺寸效应的影响，从而表现出了一系列独特的物理及化学性质。量子点可以存在于粒子表面上的原子总数的10%和50%之间，因此，这些粒子具有非常大的表面体积比，表面覆盖和与周围介质的相互作用起着至关重要的作用。纳米晶体尺寸越小，发射波长越短，限制能量越大，它吸收的光的能量就越高。从而可以通过操纵微晶尺寸来调节光谱特性。由量子点制作的的太阳能电池具有优异的发光性能和相对较低的成本，以及化学柔韧性高的优点。

II -VI族的CdSe和CdS量子点及其核壳结构量子点，由于具有荧光量子产率高、发光覆盖整个可见光区、合成方法简单、量子点稳定等优点备受关注。由于它们的纳米尺寸，量子点的光学性质强烈依赖于它们表面的性质。 例如，表面缺陷和有机配体表面钝化不良会导致陷阱态发射增强或非辐射复合，从而导致低光致发光量子产率(PLQY)和光漂白。用更大的带隙材料封盖量子点会导致改进表面钝化和激发载流子的更好的约束，从而减少陷阱发射，增加PLQY。