水热法制备氧化锌量子点及其光致发光性研究
1.引言
合理利用自然资源以及有效减少化学工业对环境的影响已引起全球人们的广泛关注。随着科学技术的不断进步，社会经济迅猛随着现代工业的快速发展，能源危机和环境问题已经变得日趋严重。工业厂房每年向全球海域排放约3-4亿吨的重金属、溶剂、有毒污泥等废弃物，造成严重的环境问题。高级氧化法(AOPs)是指在原位生成高氧化性自由基，将有毒有机污染物降解为无害化合物的过程。在AOPs中，半导体介导的多相光催化是一种很有前途的技术，在环境和能源领域有着重要的应用价值。由于其低成本、无毒、完全矿化和可重用性等优点。应用于光催化剂的半导体有:TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO2、 ZnS、AgNbO3和SrTiO3等。ZnO在光催化性能上比TiO2有更高的效率，因为在很多情况下因为ZnO具有更高的量子效率。ZnO 纳米结构作为一种宽禁带半导体(3.37eV)，在光催化过程中仅利用太阳能紫外部分的约4%作为一种丰富、清洁、安全的光激发能源存在固有的局限性。因此，已有相当多的研究努力将ZnO的光响应扩展到可见光区。在ZnO结构中掺杂金属和非金属会导致带隙红移，从而产生可见光活性。
ZnO量子点作为量子点材料大家族中重要的成员之一，其优异的光学性能、出色的半导体性质、良好的纳米结晶质量以及低成本、无毒性、环境友好的特征，使得世界各国的研究人员争相研究并取得了--系列重要的成果。然而，一方面，现有的合成方法依然存在合成时间较长、过程繁琐且效率低问题，另一方面，ZnO量子点的应用仍然局限在--定的范围。如何快速高效地合成处光学性质优异、纳米结晶质量高的Zn量子点以适应工业大规模生产制备的需要，以及如何将ZnO量子点应用到更多的领域，仍然是人们目前研究的重点。基于此，本文中我们设计了一-种简单的水热合成ZnO量子点的方法。并成功将其应用到信息加密的领域。
2.性质
2.1 氧化锌量子点的光学性能
氧化锌量子点的量子尺寸效应，引起了其带隙的增大，相对于体材料，氧化锌量子点的光谱发生了蓝移，这与量子点的粒径大小有关，当提高前驱物浓度等反应条件时，光谱会随着粒径尺寸的变大而发生红移现象，带隙变小。Bernard Gi等人研究了氧化锌球状量子点与物质的相互作用与其尺寸的函数关系，研究表明这种物质的光反射与量子点的粒径存在一定的函数关系，氧化锌量子点在电磁场中产生的电子状态有强大的耦合作用，当粒径为16nm时，光反应性达到最优化。同时，氧化锌禁带宽度达到3.37 eV，是理想的紫外波段的光电子器件材料，如紫外探测器、紫外激光器等。
2.2 氧化锌量子点的电学性能
由于量子限制效应，量子点材料有一系列的导带和空带能级，所以即使在室温下这种固体也可能显示出一些量子特性。量子点中的能级、能级的耦合以及占据这些能级的电子或空穴，都决定了量子点固体的电学性能。2003年，荷兰Utreeht大学的 AarnoudL.Roest等人发现了氧化锌量子点中电子传输的库仑阻塞效应。试验得出，样品的电导率与积累势能之间有很密切的关系。国内外研究现状量子点样品被电解液浸透时，电子进入量子点使电导率迅速增大，当电化学势能增大到0.5eV时，电导率增大了4个数量级，对光电器件的应用有一定影响。
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