关键词： GO   GO@NH2-Au NCs   对硝基苯酚   Au NPs-N-GQDs   比率荧光探针   Cu2+  

摘要： 随着纳米技术的发展,碳纳米材料以其独特的物理、化学性质及其在众多领域中存在的潜在应用价值被逐渐发现,使得制备具有优良性能的碳复合纳米材料和开展其应用研究成为当前分析化学研究的热点之一。其中,由于碳纳米材料具有制备方法简单、稳定性高、生物相容性好等性质,在生物传感、电化学传感、细胞成像、生物探针、催化等方面得到了广泛的应用。鉴于此,本论文在前人工作的基础上,围绕功能化碳复合纳米材料的制备及应用开展了深入研究。本学位论文共分四章,简述如下：第一章：简要介绍了碳纳米材料的发展历程,综述了石墨烯及其衍生物、碳量子点、功能化碳复合纳米材料的制备方法及其在痕量物质分析检测中的应用。第二章：通过Hummer法制备了氧化石墨烯(GO),然后在1-(3一二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)存在下,利用酰胺化反应,将乙二胺修饰到GO表面得到氨基化氧化石墨烯(GO@NH2)。最后,在氮气保护下使Cu+与GO@NH2纳米片表面的N-H发生配位作用形成配合物并在其表面将Au3+还原成AuNPs,形成GO@NH2-Au纳米复合材料。所建立的一锅法原位合成GO@NH2-Au NCs的新方法,具有简单、经济、快捷等优点。所制备的GO@NH2-Au NCs具有高的催化特性,在NaBH4存在下能高效催化环境污染物对硝基苯酚降解为对氨基苯酚,连续重复利用9次催化效率仍可达86%。第三章：以柠檬酸和双氰胺为试剂通过水热法制备了氮掺杂的石墨烯量子点(N-GQDs),利用N-GQDs对氯金酸的还原作用,通过加热回流将金纳米颗粒负载在N-GQDs上,制备了AuNPs-N-GQDs纳米材料。该材料具有良好的催化活性,可催化NaBH4将环境污染物对硝基苯酚还原为对氨基苯酚的反应。第四章：利用碱性条件下硅酸乙酯水解生成的二氧化硅将硫化镉掺杂的碲化镉金属量子点(CdTe/CdS)包裹在二氧化硅球内,然后通过柠檬酸和聚乙酰亚胺(B-PEI)裂解制得了蓝光碳量子点。在异腈酸酯存在下,将蓝光碳量子点键合在包裹了CdTe/CdS量子点的二氧化硅球上,制备了双发射比率荧光新探针(CdTe/CdS@SiO2@PEI-CQDs)。利用该探针外部碳点和Cu2+的识别作用,建立了检测Cu2+的荧光分析新方法。在最佳条件下,该方法的线性范围为0～70μM,检测限为0.268μM。

关键词： Majorana束缚态   量子点体系   输运性质  

摘要： 自意大利粒子物理学家Ettore Majorana发现Majorana费米子以来,这种新型的奇特粒子一直备受物理学家们的亲睐。这种粒子与正常的费米子不同,它总是成对出现,其反粒子是其自身,且由于它服从非阿贝尔分数量子统计,可以有望借助它实现拓扑量子计算。至今为止,很多理论及实验已经证实了Majorana费米子的存在。如具有强自旋-轨道耦合的半导体加强磁场作用,邻近s波超导体时,在量子线的末端出现一对Majorana束缚态。本文采用非平衡态格林函数方法和散射矩阵理论,较为系统的分析了各种机制对Majorana束缚态形成的影响以及当Majorana束缚态与量子点耦合时,系统的量子输运性质。我们利用Oreg模型以及量子点环结构,针对不同理论模型及系统参数下输运性质的相关物理量进行分析对比,最终得出一些有意义的结果。本文主要展开以下方面的理论研究:首先,将存在Majorana束缚态的纳米线串联到外电路中,研究了超导对势,自旋-轨道相互作用以及磁场空间的不均匀性对电导的影响,考察了上述几种外场在Majorana束缚态形成过程中所扮演的不同角色。经分析发现,磁场空间的不均匀性对Majorana束缚态的影响占主导地位,而超导背景的不均匀性对Majorana束缚态的破坏性作用相对较小。接下来,研究了存在侧向耦合Majorana零模式的量子点系统的输运性质。计算结果表明,当两个电极与量子点间的耦合方式相同时,零偏压极限下,局域Andreev反射和电极间普通的输运具有相同的值,使得零偏压电导值等于e2/2h,恰巧是共振隧穿电导值的一半。具体来讲当Majorana束缚态与单量子点耦合时,零偏压电导值与量子点的能级数和能级分布无关。而当Majorana束缚态与量子点分子耦合时,尽管电导值有变化,但零偏压电导值一直等于e2/2h。因此,利用量子点来探测Majorana束缚态时,不受量子点性质的影响。再次,研究了在量子点链末端的量子点与一个Majorana费米子耦合的混合量子点环的形式下的持续电流,可以发现量子点数的奇偶性是持续电流形成的关键因素。只有量子点数为奇数时有持续电流,而量子点数为偶数时,持续电流一直为零。我们通过将系统的哈密顿量转换到Majorana表象下,得到新的环的图解,发现仅当量子点数为奇数时,混合环能映射为一个Majorana环和一个Majorana链,Majorana环为持续电流的出现提供了一个机会。在偶数情况下,该混合环只是一个具有相同螺旋方向的Majorana链,致使持续电流受到抑制。这些结果可以帮助我们理解以Majorana为基础的介观系统的电子输运性质。

关键词： 量子点   连接剂辅助组装法   光沉积法   复合材料   光催化  

摘要： 光催化技术已经成为解决环境污染和能源枯竭问题的有效途径,其在有机合成方面的应用也日益受到关注。然而,以Ti02为代表的传统光催化材料的太阳能利用率和量子效率低的不足,严重制约了其实际应用。作为一种新颖的纳米材料,量子点(QDs)具有量子尺寸效应、表面效应和带隙可调等特性,QDs修饰的复合材料有望成为具有宽光谱响应和高量子效率的新型光催化剂。本论文首先合成出水溶性CdSe QDs,然后采用连接剂辅助组装出CdSe QDs修饰的TiO2(CS-T)和CdSe QDs修饰的{001}晶面锐钛矿Ti02(CS-T001),最后采用光沉积法合成CdSQDs修饰的InOOH(CdS-In)。以降解孔雀石绿(MG)等有机污染物和还原对硝基苯胺(4-NA)等硝基芳烃化合物为模型反应,考察QDs修饰的复合材料的光催化性能,并探究其光催化反应机理。主要结论有:(1)合成出的水溶性CdSe QDs在λ = 500 nm处有一个激子吸收峰,表现出明显的量子尺寸效应。(2)CS-T可见光催化降解MG的反应速率常数k值分别是纯相Ti02、CdSe QDs、Ti02-xNx和体相CdSe修饰的TiO2的52.5倍、4.5倍、4.6倍和7.2倍。由于量子尺寸效应,CdSe QDs的导带电势(-0.79 V)比体相CdSe(-0.58 V)更负。CS-T在光催化反应过程中产生了更多量的活性物种(02·-,H202,·OH)。(3)可见光照30min后,5%CS-T001光催化还原对硝基苯胺(4-NA)反应的转化率达到了 98.9%。CdSe QDs的修饰以及基底Ti02中{001}晶面的暴露协同增强了 CS-T001的光催化活性。(4)CdS-In-120可见光催化还原4-NA时表现出优于InOOH和商品CdS的活性,不仅实现了基底材料InOOH的可见光化,而且借助基底材料将CdSQDs均匀分散,从而提高了 CdS的光催化活性。本论文的特色和创新之处是:(1)采用操作简单、原料绿色、反应条件温和的水相法合成出了水溶性CdSe QDs,避免了传统有机相法的操作复杂性、剧毒性和反应条件苛刻性。(2)提供了简单、绿色的方法首次合成出QDs修饰的复合材料——CS-T,CS-T001(连接剂辅助组装法)和CdS-In(光沉积法),得到了活性优异的可见光催化剂。(3)系统地阐明了 QDs(CdSe和CdS)以及基底半导体材料(Ti02,T001和InOOH)在光催化反应中所起的作用,并提出其增强的光催化活性的反应机理。

关键词： 石墨烯量子点   胺基功能化   二氧化钛纳米管阵列   对称型超级电容器   非对称型超级电容器  

摘要： 超级电容器是介于传统电容器和电池之间的新型储能器件,具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等特点,在混合动力汽车、电信通讯、军事等领域有着广阔的应用市场。与电池相比,超级电容器具有高的功率密度,但是它低的能量密度限制其应用,因此开发出高能量密度、高功率密度且使用寿命长的超级电容器是目前研究的热点。石墨烯量子点具有小尺寸组装优势、高导电性、高比表面积、高的化学稳定性和丰富的官能团等特性,可以作为高活性物质应用于超级电容器领域。本文中我们采用一种新颖的自下而上碱催化水相分子融合法,制备出比表面积大、稳定性高、导电性和水溶性好的胺基化石墨烯量子点,其表面带有大量的氧化还原活性位。我们将真空退火处理后具有高导电性的二氧化钛纳米管阵列作为三维导电基底,采用电泳沉积技术,将胺基化石墨烯量子点负载到二氧化钛纳米管上,制备出具有高比容量、高能量密度、高功率密度和循环稳定性好的胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列超级电容器。本论文的研究内容主要包括以下三个方面:1.功能化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列复合材料的制备及其电化学性能研究。利用碱催化水相分子融合法分别制备羟基化石墨烯量子点和胺基化石墨烯量子点两种石墨烯量子点,通过TEM、Raman、IR等对功能化石墨烯量子点表征。采用电泳沉积技术,分别将两种石墨量子点沉积到二氧化钛纳米管阵列上,在三电极体系下测试它们的电化学性能。通过比较其电容性能,我们选择胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列作为高活性物质进行研究。进一步优化了制备胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管的实验条件,改变电泳沉积条件以及退火温度,选择3 V为最佳的沉积电压,150℃温度3 h为最优退火条件。2.组装胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列对称型超级电容器及其电容性能研究。通过对胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管电极材料进行SEM、EDS、XPS等测试分析,说明已经成功将石墨烯量子点负载到二氧化钛纳米管上。将制备的电极组装成对称型超级电容器,分别使用1 M H2SO4溶液和H3PO4-PVA凝胶电解质,研究胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管对称型超级电容器的电容性能。在1 M H2SO4溶液体系下,负载时间为1 h制备的胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管电极在0.5 A/g电流密度下,比容量为595 F/g,超过石墨烯的理论容量550 F/g,组装的超级电容器具有较高的能量密度21.8 Wh/kg,在实际应用中可以将工作电压2 V的红色LED灯和工作电压3 V的绿色LED灯点亮。同时在10 A/g电流密度下,循环10000次后,该超级电容器的比容量保留率达到90%。同时,研究实验发现胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列对称型超级电容器具有高的面容量,在0.2 m A/cm2电流密度下,负载时间为3 h的胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管电极组装的对称型超级电容器的面容量高达194.4 m F/cm2,能量密度可达23.7μWh/cm2。在H3PO4-PVA固态凝胶电解质体系下,负载量子点1 h的复合电极在0.2 A/g电流密度下,其比容量可达332.5 F/g,该对称型超级电容器的能量密度为11.5 Wh/kg。3.组装胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列非对称型超级电容器,通过增大电压窗口来进一步提高电容器的能量密度。选择负载时间为1 h的胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管电极为正极,三维多孔结构的石墨烯水凝胶作为负极,组装成非对称型超级电容器,电解质分别使用1 M H2SO4溶液和H3PO4-PVA凝胶电解质,研究两种体系下该非对称超级电容器的电化学性能。在1 M H2SO4溶液体系下,非对称型超级电容器的工作电压窗口扩大为1.2 V,在0.5 A/g电流密度下,非对称超级电容器的比容量为298.7 F/g,其能量密度59.7Wh/Kg;在H3PO4-PVA固态凝胶电解质体系下,非对称型电容器的工作电压窗口为1.6 V,在0.5 A/g电流密度下,非对称型超级电容器的比容量为102.4 F/g,其能量密度达到36.5 Wh/Kg。

关键词： Computer Engineering   Quantum physics   Condensed matter physics  

摘要： In this dissertation a number of investigations were conducted on ballistic quantum networks in the mesoscopic range. In this regime, the wave nature of electron transport under the influence of transverse magnetic fields leads to interesting applications for digital logic and computing circuits. The work specifically looks at characterizing a few main areas that would be of interest to experimentalists who are working in nanostructure devices, and is organized as a series of papers. The first paper analyzes scaling relations and normal mode charge distributions for such circuits in both isolated and open (terminals attached) form. The second paper compares the flux-qubit nature of quantum networks to the well-established spintronics theory. The results found exactly contradict the conventional school of thought for what is required for quantum computation. The third paper investigates the requirements and limitations of extending the Thévenin theorem in classic electric circuits to ballistic quantum transport. The fourth paper outlines the optimal functionally complete set of quantum circuits that can completely satisfy all sixteen Boolean logic operations for two variables.

关键词： Electrical engineering   Physical chemistry  

摘要： A single-electron quantum dot device is an ideal environment to demonstrate the concept of a spin-based quantum bit, a promising candidate to realize a quantum computer. Two-dimensional electron gases (2DEGs) in silicon/silicon germanium heterostructures have been considered as a potential platform to fabricate single-electron quantum dots for spin manipulations because silicon has an inherently longer spin coherence time. Then two different types of silicon 2DEGs, modulation-doped 2DEG and enhancement-mode undoped 2DEG, are discussed. The efforts to improve both 2DEGs into a better material system for quantum computing application are the main focus of this thesis. A severe leakage issue of the Schottky gating on a modulation-doped 2DEG is resolved by successful suppression of phosphorus surface segregation. A high breakdown voltage is thus achieved in a Schottky gated modulation-doped 2DEG without significant gate leakage current. Implant isolation as an alternative for lateral electrical isolation in a modulation-doped 2DEG at 4.2 K is also successfully demonstrated. It preserves surface planarization and prevents the leakage issues through the corners of etched mesas. The best implant conditions for effective isolation and better thermal stability are examined and determined. The quality of these doped 2DEGs is verified to be unaffected by the implant isolation process. The transport property of an enhancement-mode 2DEG is significant for a spin-based quantum bit. Various mobility-limiting factors in our undoped 2DEGs grown by RTCVD are identified. Efforts to alleviate these scattering mechanisms lead to mobility as high as 400,000 cm2/Vs and the critical density as low as 3.2×1010 cm-2 at 4.2 K. A tunable screening effect on remote charges at silicon/oxide interface is found to greatly improve the transport properties of thin-cap enhancement-mode 2DEGs, which compensates the detrimental influences from the remote charges at the interface, and thus remains the c

关键词： 全息显示   承接介质   水凝胶   量子点   显示效果  

摘要： 三维显示技术可大幅提高人们的视觉感受，是下一代显示技术发展的主流方向之一。与目前商业化3D电影和电视所采用的视差型立体显示技术相比，全息三维显示技术可以恢复包括振幅和相位在内的全部物光信息，获得与观看真实场景完全相同的视觉效果。承接材料是全息三维显示系统的核心组成部分之一，决定着全息重建图像的质量，目前研究较多的是稀有气体、稀土玻璃、有机染料等承接材料。然而这些材料不能满足三维图像可视化要求，如气相材料有毒，不易储存且易受外界环境影响；稀土材料的光转换效率低，加工困难且造价昂贵；有机染料稳定性较差，易聚集引起荧光淬灭。因此，发展满足全息显示需求的新型承接材料成为三维显示技术研究中的重要课题。 本论文为了解决全息三维显示中缺乏高效再现全息图像承接介质的问题，设计了基于量子点的发光复合材料，利用各种测试手段如紫外分光光度计、荧光光谱仪等对复合材料性能进行表征，同时对其在全息三维承接显示中作为承接介质再现三维图像的效果进行评价。具体研究结果如下： (1)量子点-PVA水凝胶复合材料 采用微波辅助合成法制备了CdxZn1-xTe和ZnSe/ZnS量子点，通过调控前驱体比例、反应温度和pH值等反应参数对材料进行优化得到量子产率在40%左右、可见光范围内发光的量子点。随后使用高温共混法制备量子点-PVA水凝胶复合材料，发现复合材料在量子点掺杂率为0.5wt%左右时能够维持80%的透明性且复合材料具备可修复性能。将其置于全息显示系统中能够高效、清晰地再现三维立体图像，图像的峰值信噪比达到10.94，说明这种材料可作为全息显示承接介质。 (2)量子点-双网络水凝胶复合材料 采用分步合成法制备双网络水凝胶，调控交联剂、单体浓度来控制凝胶机械强度、刚性等基本性能。双网络复合凝胶的光学性能得到很好地保持、材料储存条件要求比量子点-PVA复合凝胶低。量子点在凝胶内部水分完全丢失后也不会聚集且复合凝胶能够多次溶胀、收缩，方便重复使用。除此以外，复合凝胶形状固定，不需要使用容器装载方便用于显示，同时具有高机械强度，对外部的剪切力、压力等具有良好的抵抗性。再现图像的信噪比达到28.48，效果接近真实图像。 (3)上转换材料 探索了两种上转换材料在全息三维承接显示中的应用潜力。采用热分解法制备稀土离子掺杂的NaYF4:Yb/Er纳米晶，通过调控掺杂稀土离子的比例能够有效地调控溶液发光。使用共混法制备的CuInS2-DPA上转换材料能够将绿光转变为蓝光，其中敏化剂CuInS2制备方法成熟，易于根据需要调控其性能方便与受体匹配。

关键词： 半导体   光电材料   砷化铟镓量子阱   辐射效应  

摘要： InGaAs量子阱光电材料具有暗电流小、载流子寿命长、量子效率高等独特优势，在空间红外光电领域具有良好的应用前景。由于InGaAs材料具有优异的光学特性和电学特性，因此被广泛应用于电子器件、光电子器件以及短波红外探测器领域。随着空间技术的快速发展，基于InGaAs量子阱材料的红外探测器及激光器已开始应用于航天工程。然而，空间辐射环境易诱发光电器件性能退化甚至失效，而量子阱结构的量子限制效应等材料特性也必然带来辐射效应新问题。因此，迫切需要研究InGaAs量子阱光电材料的辐射损伤效应，为光电器件的研发与空间应用提供支撑。　　近几年来，InGaAs量子阱光电材料的辐射损伤效应是国际上的研究热点，研究较多涉及基于量子阱结构的探测器、激光器和太阳电池在电子、质子和重粒子辐照下的损伤效应。国内对InGaAs量子阱光电材料和器件的辐射损伤效应研究还处于探索阶段。本论文将InGaAs/InP量子阱的测试技术和半导体辐射物理理论相结合，研究材料的辐射损伤效应与机理。　　对InGaAs/InP量子阱结构进行了电子、γ、质子等不同辐射源的辐照实验。进行了能量为1MeV和1.8MeV的电子辐照实验，在室温下测量光致发光谱，得出量子阱的光致发光特性与辐照注量的关系，并对1MeV下的电子辐照实验进行了室温退火，获得了电子辐照下InGaAs/InP量子阱光学特性的辐射损伤退化规律，分析了辐射对材料的载流子动态特性和诱发缺陷的影响。对InGaAs/InP量子阱样品进行了γ辐照实验，选取了不同的辐照总剂量点，在室温下对光致发光谱进行了测试，获光致发光强度随辐照剂量的变化关系。对InGaAs/InP量子阱样品进行了能量为10MeV和3MeV的质子辐照实验，室温下测试样品的光致发光谱，获得样品在不同辐照注量下的光致发光强度的变化趋势。同时，对比了不同能量的质子辐照条件下，样品的光致发光强度的变化，获得InGaAs/InP量子阱结构光学特性的辐射损伤退化规律，分析了辐射对材料发光特性的影响，对辐射效应机理进行分析。　　综上所述，本论文对InGaAs/InP量子阱结构开展了不同射线辐照实验，获得了不同射线下的光学特性辐射效应规律，确定了材料对不同射线辐照的敏感性，分析了辐射对材料内部载流子的运动和产生缺陷的影响，为研究InGaAs/InP量子阱光电材料和器件的辐射效应提供理论支撑。

关键词： 半导体量子点   碳纳米点   电子转移   电荷分离   荧光粉  

摘要： 半导体量子点(QD)具有尺寸调谐的带隙、发光量子效率高和可溶液处理等性质,被广泛地应用于生物成像与传感、光催化、发光二极管和光伏等领域。经过科研人员不懈的努力,基于量子点的太阳能电池的功率转换效率可达5-8%。但是这些量子点中大多含有Cd或Pb等重金属元素,严重影响我们的生存环境和量子点器件的商品化应用。因此,有关低毒性纳米材料的研究引起了科研人员的广泛关注,如Cu In S2量子点和碳纳米点(CD)。作为半导体量子点家族的新成员,Cu In S2量子点因不含Cd和Pb等重金属元素、吸收系数大和具有与太阳光谱匹配的1.5 e V直接带隙等优点,适用于光伏领域。碳纳米点因具有好的稳定性、低毒性、抗光漂白和生物相容性等优点,有望替代有机染料和含重金属的半导体量子点在诸多领域的应用。然而,Cu In S2量子点以及碳纳米点作为新型绿色纳米材料,其光电性质尚不清晰,基于它们的光伏器件性能普遍低于基于含Cd或Pb量子点的器件性能指标。另外,碳纳米点存在严重的固态发光猝灭,严重地限制其在发光二极管领域的应用。因此,研究Cu In S2量子点和碳纳米点的光电性质,以及实现碳纳米点高效的固态发光,对于优化Cu In S2量子点和碳纳米点光电器件性能具有重要的意义。本论文主要研究了从Cu In S2核/壳量子点到Ti O2的电子转移过程,研究了无长链分子修饰、具有可见光区本征吸收的碳纳米点与Ti O2间的电子转移和电荷分离过程以及实现了碳纳米点高效的固态发光。获得了如下创新性的成果:1、利用高温热注入法制备了一系列不同核尺寸、壳层厚度的Cu In S2/Cd S和Cu In S2/Zn S核/壳量子点,通过时间分辨光谱研究了Cu In S2核/壳量子点到Ti O2的电子转移过程。将Cu In S2核/壳量子点吸附于Ti O2光电极上后,量子点的荧光寿命明显变短,说明发生了从Cu In S2核/壳量子点到Ti O2的电子转移过程。从Cu In S2/Cd S核/壳量子点到Ti O2的电子转移速率与效率要明显优于相同核尺寸、壳层厚度的Cu In S2/Zn S核/壳量子点,2.0 nm核、适当壳层厚度的Cu In S2/Cd S核/壳量子点到Ti O2的电子转移效率要高于相应Cu In S2裸核量子点。并通过实验与理论分析,合理地解释了量子点核壳间能带排布与表面缺陷对于Cu In S2核/壳量子点到Ti O2的电子转移过程的影响,为实现高效的Cu In S2量子点敏化太阳能电池提供了依据。2、以柠檬酸和尿素为原料,利用微波法和高温热解法分别制备了具有可见区(CDs-V)和紫外区(CDs-U)光吸收的碳纳米点。通过时间分辨光谱研究了无长链分子修饰、具有可见光区本征吸收的碳纳米点(CDs-V)到Ti O2的电子转移过程,发现CDs-V到Ti O2的电子转移速率与效率可达8.8×108 s-1和91%。CDs-V/Ti O2复合物在可见光下的光催化活性要明显地优于Ti O2和CDs-U/Ti O2复合物,表明在CDs-V/Ti O2复合物中可见光生电子与空穴能有效地分离。并制备了碳纳米点敏化太阳能电池,纯Ti O2太阳能电池在可见光区的IPCE值几乎为零,而CDs-V敏化的Ti O2太阳能电池的IPCE在可见光区得到明显增强,证明了CDs-V对Ti O2的敏化作用。通过对比CDs-V敏化Ti O2太阳能电池的IPCE曲线和CDs-V/Ti O2复合物的吸收光谱,发现CDs-V与Ti O2间在可见光下可以实现高效的电荷分离。3、以柠檬酸和尿素为原料,利用微波法和高温热解法分别制备了绿光(g-CDs)和蓝光(b-CDs)发射的碳纳米点,并提供了一种制备高效碳纳米点荧光粉的普适方法。将碳纳米点通过氢键吸附于生物制品淀粉颗粒表面,实现了碳纳米点高度的空间分散,有效地抑制了碳纳米点的无辐射复合过程和聚集引起的固态发光猝灭,使碳纳米点的无辐射复合速率由固体聚集态时的3.7×108 s-1降为0.43×108 s-1,辐射复合速率由0×107 s-1增加到4.25×107 s-1。并且淀粉基质既不与碳纳米点竞争吸收激发光,也不吸收碳纳米点的发光,获得了碳纳米点高效的固态发光。最终,得到了发光量子效率为50%的生物基碳纳米点荧光粉,并将该新型荧光粉应用于温度传感、发光二极管和发光图案的构建等领域。所制备的碳纳米点荧光粉发光二极管在经优化的50 m A电流下表现出CIE色坐标为(0.26,0.33)的冷白光发射。

关键词： 制氢   硫碘循环   HI分解   催化   碳材料   量子化学  

摘要： 随着化石能源的枯竭及在利用过程中带来的污染,可再生能源开始受到人们的重视。氢能由于来源丰富、利用方式多样、能量密度高等优点,被视为最具发展潜力的清洁能源。如何大规模制取氢气是目前氢能发展中的障碍,而热化学硫碘循环分解水制氢将极有可能成为这一障碍的突破口。热化学硫碘循环分解水制氢过程主要包括下面3个反应： Bunsen反应：I2+SO2+2H2O=2HI+H2SO4 H2SO4分解反应：H2SO4=SO2+H2O+1/2O2 H1分解反应：2HI=H2+12 HI的分解反应是循环中的关键步骤,然而HI均相分解率极低,因此对其催化剂的研究有着重要意义。在之前的HI催化分解研究中,研究人员开发出了一系列催化剂,并对其活性机理进行研究评价,主要包括贵金属负载型催化剂,过渡金属负载型催化剂,以及既能充当载体又能作为催化剂本身的活性炭。在活性炭的催化特性研究中,研究人员对其制备和改性方法做了大量工作,得到了较为完备的结论,但是在其机理方面仍然没有准确定论。本文通过实验以及量子化学模拟的方法,得到了HI在碳材料上的催化分解机理,并且对未来碳材料催化剂开发提出了改进方向。同时,在对碳材料的表征中提出了多种对炭结构进行量化分析的手段,在量子化学计算中得到了HI在炭结构上催化分解的完整过程。 我们选取了活性炭、碳分子筛、炭黑、碳纳米管四种材料作为H1分解的催化剂,对其催化活性进行评价,同时对材料进行一系列表征实验。在催化剂活性评价中,活性炭的活性最高,然后依次是碳分子筛,炭黑,碳纳米管。在表征中,我们发现炭结构是能把碳材料的各种性质串联起来的重要特征因素,炭结构由微晶石墨与无序炭两种结构组成。通过多种表征方法,我们对炭结构进行了量化分析,发现碳分子筛中微晶石墨尺寸最小,但是其微晶石墨所占比也最小,因而其结构中的边缘碳原子数量少于活性炭中边缘碳原子数量。将表征与活性评价结果相结合,我们认为碳材料中的边缘碳原子数量与其催化活性存在着正相关关系,边缘碳原子数量越多,催化剂活性越高。边缘碳原子是HI催化分解中的活性位,并且其数量决定于微晶石墨的尺寸以及其在炭结构中所占比例。 在量子化学研究中,首先对HI均相分解中的三个基元反应进行量子化学计算,计算的结果同之前的模拟结果非常接近,证明了量子化学方法的适用性。接下来,我们对HI以及12在锯齿型和扶手型两种不同炭结构上的吸附特性进行了研究,结果证明,HI与12更容易吸附在锯齿型结构上。基于吸附特性的结果,我们对HI在锯齿型结构上的分解过程进行了模拟计算,得到了HI在锯齿型结构上的催化分解机理过程,并发现12与H2分子的脱附是整个催化反应速率的决定步骤。量子化学的结果也能很好的同实验结果相佐证,反应后催化剂的XPS表征结果证明了反应后炭结构发生了改变。Ni/MWCNT催化活性相比MWCNT有了很大程度提高,证明过渡金属的加入能降低H2脱附过程中的能垒,从而提高催化分解反应速率。