《II-VI族量子點單體的形成、成核及生長機制的理論研究》是依託四川大學，由楊明理擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：II-VI族量子點單體的形成、成核及生長機制的理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊明理
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
MX（M = Zn和Cd，X = S、Se和Te）半導體量子點在能源、生物、醫學等領域有重大套用，但對其單體形成、成核和生長機理的認識仍存在較多局限，制約了高品質量子點的高效製備。本申請項目運用量子化學計算方法，研究MX量子點製備過程涉及的反應機理、生長機制和結構改性等系列問題，具體包括四個方面：（1）研究MX單體形成過程的化學反應機理，揭示反應過程中M源和X源前驅物、添加組分和配體等在反應過程中的作用，為設計新的合成路線和最佳化反應條件提供理論指導；（2）模擬由單體形成二聚體及更大量子點的過程，揭示幻數量子點和普通量子點之間不同的成核和生長機制和相互轉化條件，為調控量子點大小及其分布提供理論依據；(3)研究典型MX量子點的結構、大小等和光學性質，提出其構效關係和結構最佳化設計方案；（4）研究核殼型量子點和有機染料改性的量子點的結構本質，從理論上探索利用化學修飾提升量子點性能的途徑。
結題摘要
II-VI族半導體量子點在能源、生物、醫學等領域有重大套用，但對其單體形成、成核和生長機理的認識仍存在較多局限，制約了高品質量子點的高效製備。本項目運用量子化學計算方法，研究了CdSe等量子點製備過程中由前驅體形成量子點單體的反應機理、單體成核與生長機制、利用配體等方法進行量子點化學改性等內容，取得下述主要成果：（1）研究了含鎘和含硒前驅體在低溫下形成CdSe單體的化學反應機理，發現伯胺中的質子在仲膦的幫助下極大地促進了前驅物的轉化，揭示了伯胺及仲膦可以用來調控反應進程，以獲得高品質量子點。此項研究為CdSe量子點的製備提出了新的製備方法。（2）研究了CdSe等納米糰簇在氣相及隱性溶劑下的結構和電子性質演化規律。隨著尺寸增加，CdSe量子點的基態結構從平面結構、三維結構演化為核殼型結構。隨著聚合度的進一步增加，Cd和Se開始形成類似於纖鋅礦和閃鋅礦晶體結構的四配位排列，且幻數結構具有較高的穩定性。核殼結構的穩定性不僅取決於核殼自身，也取決於二者之間的作用方式。（3）研究了CdSe等典型量子點的結構和光學性質。CdSe量子點的電子吸收光譜的分布具有明顯的尺寸效應，第一吸收峰的位置表現出紅移的趨勢，極性溶劑導致吸收光譜藍移。系統地研究了核殼結構中Zn逐次取代Cd造成的結構和性質演化。隨著量子點尺寸減小，ZnSe量子點的Stokes位移迅速增大，這與實驗的觀測一致。我們的計算研究對典型量子點的設計、製備、結構和性能調控具有指導意義。（4）研究了配體在CdSe等團簇表面的吸附作用以及形成的配合物的結構、光學性質及表面活性。配體對較小團簇的結構和性質影響較大。在配體作用下，量子點的表面結構發生顯著變化。研究了CdSe與半胱氨酸複合物與TNT之間顯色反應的機理，以及含氯配體消除表面缺陷、抑制載流子陷阱的生成，從而抑制螢光閃爍現象的機理。我們的計算從微觀機制上解釋了量子點表面氯化消除缺陷的機制，可以套用於指導單量子點過程的材料製備和表征。
