关键词： 磁性纳米复合材料   氨基化   煤沥青   碳量子点   蛋白质吸附   荧光免疫分析  

摘要： 磁性纳米复合材料因其尺寸效应而表现出优异的超顺磁性,在外部磁场的影响下,可以实现快速地分离。通过对磁性纳米复合材料的氨基修饰,可以通过化学吸附连接蛋白质,从而达到富集和快速分离蛋白质的目的,这种性质使磁性纳米复合材料代替传统免疫分析方法中的固相载体,可以减少操作的复杂性,缩短检测时间,降低检测成本。 本文的工作中分别制备了一种碳量子点和两种氨基化磁性纳米复合材料。以碳量子点为荧光标记物,两种氨基化磁性纳米复合材料为负载抗体的固相载体,利用竞争免疫反应原理,构建了两种荧光免疫分析体系。 （1）通过自上而下法,煤沥青为碳源合成了煤沥青碳量子点,采用傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱以及紫外光谱证明了煤沥青碳量子点的成功合成。采用透射电镜观察到煤沥青碳量子点的微观结构。通过荧光光谱证实了煤沥青碳量子点的荧光性能,其最佳激发波长和最佳发射波长分别为320nm和445nm。 （2）制备了Fe3O4@SiO2-NH2磁性纳米复合材料并建立对应荧光免疫分析体系。先后采用化学沉淀法和溶胶-凝胶法制备了Fe3O4纳米颗粒和Fe3O4@SiO2核壳材料,以硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷对Fe3O4@SiO2进行表面修饰,得到氨基化磁性纳米复合材料Fe3O4@SiO2-NH2。通过傅里叶红外光谱和X射线衍射证明了磁性纳米复合材料Fe3O4@SiO2-NH2的成功合成。采用透射电镜观察到Fe3O4纳米颗粒、Fe3O4@SiO2核壳材料和Fe3O4@SiO2-NH2磁性纳米复合材料的微观结构,它们的粒径分布相对集中,并且随着硅层的包覆和氨基化修饰的完成,磁性纳米材料的粒径逐渐增大,同时磁性能表征显示它们的饱和磁化强度逐渐减小,三者饱和磁化强度顺序为Fe3O4(94.04 emu·g-1)>Fe3O4@SiO2(57.99emu·g-1)>Fe3O4@SiO2-NH2(55.72 emu·g-1),Fe3O4@SiO2-NH2磁性纳米复合材料满足免疫分析体系构建对材料磁性能的需要。优化了Fe3O4@SiO2-NH2磁性纳米复合材料的蛋白质吸附条件和制备条件,使其具有较好的蛋白质吸附性能。分别制备了碳量子点和目标抗原的偶联物、Fe3O4@SiO2-NH2和抗体的偶联物,构建了对应的荧光免疫分析体系,回收率在100.1～105.6%之间,相对标准偏差在2.53～3.80%之间,具有良好的精密度与准确性,并对大部分金属离子具备抗干扰性。 （3）制备了Fe3O4@SiO2@PEI磁性纳米复合材料并建立对应荧光免疫分析体系。通过静电自组装反应,使用聚乙烯亚胺高分子聚合物在Fe3O4@SiO2核壳材料表面进行氨基修饰,制备得到Fe3O4@SiO2@PEI。通过傅里叶红外光谱、X射线衍射和Zeta电位证明了磁性纳米复合材料Fe3O4@SiO2@PEI的成功合成。采用透射电镜观察到Fe3O4@SiO2@PEI的微观结构,其粒径远大于Fe3O4、Fe3O4@SiO2和Fe3O4@SiO2-NH2。磁性能表征显示其饱和磁化强度最小,为50.78emu·g-1,满足了免疫分析体系对材料磁性能的需要。优化Fe3O4@SiO2@PEI磁性纳米复合材料的蛋白质吸附条件和制备条件,其蛋白质吸附能力高于Fe3O4@SiO2-NH2。最后构建了以Fe3O4@SiO2@PEI为固相载体的免疫荧光免疫分析体系,回收率在99.5～103.1%之间,相对标准偏差在2.92～4.45%之间,具有良好的精密度与准确性,并对大部分金属离子具备抗干扰性。

关键词： 密度泛函理论   非平衡格林函数   外尔半金属   Td-MoTe2  

摘要： 本文研究了第II类外尔半金属Td-MoTe2的量子输运性质。外尔半金属Td-MoTe2的导带和价带间存在非闭合接触的外尔点。本研究通过施加压缩应变使其外尔点打开,并使光电流显著增加。这些研究成果对外尔半金属系统输运性质的研究具有重要意义,也为基于Td-MoTe2材料的新型量子器件特别是光电器件的开发奠定了理论基础。在第一章,本文简要介绍了外尔半金属的研究进展,以及Td-MoTe2的物理性质和研究现状,指出了研究外尔半金属Td-MoTe2的重要意义。在第二章,本文介绍了量子输运性质的计算方法和Nanodcal量子输运计算软件。本研究将密度泛函理论与非平衡格林函数结合,研究了Td-MoTe2异质结系统的输运特性。在第三章,本文研究了压缩应变对Td-MoTe2异质结光电流效应的调控作用。本研究获得了应变作用下Td-MoTe2原胞的能带结构、Cu-MoTe2-Cu异质结器件的传输特性和光电流。结果显示应变诱导的光电流显示出各向异性,反映了应变对能带（包括外尔点）的调控。当应变沿真空方向施加时,光电流被抑制到几乎为零。相反,在沿输运方向施加应变时,光电流会显著增加。因此我们发现通过调整应变的强度和方向,可以有效地调节基于MoTe2材料的器件中的传输特性和光电流大小,这为新型光电器件的开发设计提供了新的选择。在第四章,本文研究了双层Td-MoTe2系统输运性质的研究。本研究中构造了两种不同堆叠方式的异质结模型,探究了系统输运性质的差异。我们首先分析了两种不同堆叠系统的能带结构和电子透射谱图,之后,进一步分析了AA型堆叠情况下层间距对系统能带结构的影响。首先,对比AA型和AB型两种堆叠系统的能带结构可以发现,两种不同的堆叠方式所对应的能带谱图也有所区别,包括外尔点的分布,并且这种差异可以通过电子透射谱反映。此外,对于AA型堆叠,层间距离改变会破坏原有的外尔点。当层间距减小到一定数值时,还会产生新的外尔点,这为外尔费米子系统输运性质的调控提供了新思路。本文的第五章对所做的工作进行了总结,阐述了其物理意义,并讨论了第II类外尔半金属更深层次的研究思路,分析了其研究前景。

关键词： CsPbBr3钙钛矿量子点   CsPbBr3@MTB   CsPbBr3/Cu2O   CsPbBr3@Sn O2   S型异质结   光催化  

摘要： 在能源枯竭和温室气体过度排放的当下,我们已逐渐清醒地看到,持续过多地依赖化石燃料会使二氧化碳等温室气体大量而迅速地聚积于大气之中,由此会给环境带来无法弥补的严重后果。因此减少能源消耗,开发清洁可再生的新能源已成为当今世界各国政府共同关注的焦点之一。人工光合作用技术利用取之不尽,绿色无污染的太阳光作为驱动力加快/引发化学反应,不仅可以减少大气中CO2的含量,同时将其还原为有利用价值的化石燃料,展现出了极大的潜能。近年来,CsPbBr3钙钛矿量子点（QDs）作为一种有前途的材料吸引了研究人员的目光。因其具有适宜的能带结构、较宽的可见光吸收范围和较长的载流子寿命使得它在发光二极管、太阳能电池、激光和污染物降解等众多领域都扮演着重要角色。最近,CsPbBr3钙钛矿量子点也被用于光催化还原CO2,并取得了一定的成就。然而单一组分CsPbBr3钙钛矿量子点的CO2转化效率仍不令人满意,主要是由于其严重的辐射复合、较差的稳定性和较低的CO2捕获能力。本课题用不同介孔半导体材料与CsPbBr3钙钛矿量子点复合提高了CsPbBr3的载流子分离速率,在保持其稳定性的同时增强光催化还原CO2的性能。主要工作包括以下几个方面:1.将CsPbBr3钙钛矿量子点嵌入到介孔二氧化钛微珠（MTB）孔隙中,制备了一种新型CsPbBr3@MTB复合光催化剂,两种组分之间紧密的界面相互作用和交错的能带结构保证了其特殊的S型电子转移模式。分别对合成的CsPbBr3钙钛矿量子点,MTB,CsPbBr3@MTB进行了一系列的表征测试,证实了它们的成功制备,并且探讨了CsPbBr3@MTB的光催化机理。复合光催化剂还原二氧化碳的能力比纯的CsPbBr3钙钛矿量子点有明显提升,还原产物量也大幅增加。2.采用静电自组装方法成功地将CsPbBr3钙钛矿量子点负载到介孔Cu2O的孔隙中,制备了S型CsPbBr3/Cu2O异质结复合材料。ESR和XPS技术揭示了该S型异质结的形成,与传统的异质结电子转移途径不同,具有强氧化能力的空穴和强还原能力的电子在空间上被有效地分离,因此整个系统保持了强氧化还原能力。合成的复合材料表现出高效的CO2光还原性能,电子消耗率相比原始CsPbBr3钙钛矿量子点有明显增加。3.利用原位生长法将CsPbBr3钙钛矿量子点生长在介孔Sn O2微米球的孔隙中,合成了CsPbBr3@Sn O2复合光催化剂。特殊的S型电子转移模式加快了载流子的分离,同时保留了具有强还原能力的电子。经表征测试结果显示,与原始的CsPbBr3钙钛矿量子点相比,S型CsPbBr3@Sn O2复合光催化剂具有更加优异的光催化性能和结构稳定性。

关键词： 甲醛   碳材料   量子化学模拟   含氧官能团   氮掺杂  

摘要： 作为室内空气污染的主要污染物,甲醛因释放源广,毒性大而备受关注。现有的甲醛治理技术可以归纳为物理法、化学法和生物法,其中以吸附法和高级氧化法应用较为广泛。碳材料吸附是最常用的空气中甲醛处理方法。Electro-Fenton氧化法则可将溶液中甲醛彻底降解,而碳材料是一种常见的Electro-Fenton阴极。提高碳材料对气相和液相甲醛的吸附能力,是促进以上两种技术处理效果的重要手段。含氧官能团和氮掺杂对碳材料吸附甲醛具有很大影响,但微观机理与具体的影响效果尚不清楚。因此探究含氧官能团和氮掺杂对碳材料吸附甲醛的影响具有重要意义。本文采用量子化学模拟的手段探究了含氧官能团(边缘羰基、边缘醚基、边缘羟基、边缘吡喃酮基、边缘醌基、边缘内酯基、基面环氧、基面羟基、边缘环氧和边缘羧基)和氮掺杂(吡啶氮、吡咯氮和石墨化氮)对碳材料吸附气相及液相甲醛的影响。分析了含氧官能团和氮掺杂对碳基面电子结构的调控作用,明确了促进甲醛吸附的含氧官能团和氮掺杂的类型,并在此基础上给出了碳材料吸附甲醛的促进机理,为促进吸附法和Electro-Fenton体系碳材料阴极氧化甲醛提供了理论支持。首先计算了含氧官能团和氮掺杂对液相甲醛吸附的影响。促进液相甲醛吸附的含氧官能团和氮掺杂有边缘羧基、边缘羟基、边缘吡喃酮基、边缘醚基、吡咯氮和吡啶氮。边缘羧基和边缘羟基明显促进了液相甲醛的边缘吸附,其吸附能分别为-6.39 kcal/mol和-4.32 kcal/mol。证明了静电相互作用对边缘羧基和边缘羟基吸附液相甲醛具有重要影响。吡咯氮在一定程度上促进了液相甲醛在碳基面上的平面吸附,吸附能为-6.54 kcal/mol。确定了色散作用在吡咯氮与甲醛吸附之间的主导地位。利用Bohem滴定法中和掉KMn O改性活性炭表面的羧基官能团后,活性炭对液相甲醛的吸附效果明显下降。当中和掉羧基和内酯基官能团后,活性炭对液相甲醛的吸附率有所提高,实验趋势与模拟结果一致,证实了模拟结果的准确性。然后计算了含氧官能团和氮掺杂对碳材料吸附气相甲醛的影响。吸附能结果显示除了吡咯氮之外的氮掺杂和所有含氧官能团均会促进气相甲醛的吸附。针对边缘吸附,边缘羧基、边缘羟基、吡啶氮、边缘醚基和边缘醌基大幅度促进了气相甲醛的吸附,其吸附能依次为-9.86 kcal/mol、-7.62 kcal/mol、-5.67 kcal/mol、-4.78 kcal/mol和-4.75 kcal/mol。证实了色散作用在边缘醚基和吡啶氮对气相甲醛吸附中的主导地位,静电相互作用和色散作用在边缘羧基、边缘羟基和边缘醌基对甲醛吸附中占据主导地位。对于平面吸附,基面羟基对甲醛的吸附能高达-7.94 kcal/mol。明确了色散作用对于基面羟基吸附气相甲醛具有突出贡献。与吸附液相甲醛相比,改性碳基面对气相甲醛的吸附效果更好,主要原因是液相中的水和甲醛会形成竞争吸附。实验表明KMn O改性后活性炭对甲醛的吸附效果明显增强,证明了模拟结果的合理性。本文通过模拟气相和液相甲醛在改性碳材料上的吸附性能,确定了促进甲醛吸附的含氧官能团和氮掺杂种类,分析了促进吸附的机理,对于碳材料吸附甲醛具有重要意义,同时为Electro-Fenton体系的碳材料阴极摆脱反应区域局限性提供了理论支持。

关键词： 宽光谱探测   红外光电探测器   半金属   量子材料   异质结器件  

摘要： 宽光谱光电探测器的革新与新型窄/零带隙光电材料的发现和应用紧密相关。自石墨烯（Graphene,Gr）红外光电探测器成功制备以来,将半金属材料用于构建室温高速红外宽光谱光电探测器的可行性逐渐得到确认。近些年,随着物质中存在拓扑量子态（例如狄拉克费米子、外尔费米子）的特性在理论和实验上得到证实,新型量子材料体系迎来了蓬勃发展的高速时期,其研究范畴已从最初的石墨烯拓展到包括狄拉克/外尔半金属、外尔半导体和拓扑绝缘体等在内的多个分支体系。因这些材料中都存在着特殊的量子态,且均能表现出半金属特性,也有研究者将其称为半金属量子材料。该类材料体系中所具有的新颖物理特性（包括超高的电荷迁移率、强的光与物质相互作用、优秀的宽光谱吸收能力和拓扑零/窄带隙的能带结构等）使其有望应用于中/远红外波段的宽光谱探测领域,并有潜力打破传统红外光电探测器的性能限制,为构建室温高速宽光谱光电探测器提供了理想的材料载体和新的发展机遇。本论文以具有量子特性的半金属材料为主要研究对象,包括砷化镉（Cd3As2）、掺锌砷化镉（Zinc doped Cadmium Arsenide,ZCA）、碲（Te）和碲化铋（Bi2Te3）,针对其在宽光谱探测领域中的研究现状和存在的科学问题,通过结合材料制备工艺、器件结构优化策略和光电探测机理等途径,对这些半金属材料及其异质结构光电探测器的光电性能进行了研究、分析与讨论。论文主要研究内容包括以下四个部分:1.以物理气相传输法（Physical Vapor Transport,PVT）生长的三维（Three-Dimensional,3D）狄拉克半金属Cd3As2纳米片为基础,制备了Cd3As2纳米片光电导探测器以及Cd3As2/酞菁铜（Cu Pc）、Cd3As2/二硫化钨（WS2）异质结光电探测器,并对其在可见光-近红外波段的光电探测性能进行了研究。由于异质结的形成,Cd3As2/Cu Pc探测器中的暗电流噪声在一定程度上得到了抑制,其在808 nm光照下的归一化探测度（Normalized detectivity,D*）最大值约为7.83×1010Jones。通过进一步将Cd3As2纳米片与二维（Two-Dimensional,2D）WS2相集成,制备的Cd3As2/WS2范德瓦斯异质结可以更有效的提升狄拉克半金属Cd3As2基光电探测器信噪比（Signal to Noise Ratio,SNR）,其在808 nm光照下的D*最大值可达2.1×1014Jones,且响应度（Responsivity,Ri）和响应速度（τ）等性能均得到了显著优化。该部分内容为抑制3D狄拉克半金属光电探测器的暗电流、提升其信噪比提供了可参考的方法与策略。2.为了实现3D狄拉克半金属材料光电探测器的阵列化探测目标,以分子束外延法（Molecular Beam Epitaxy,MBE）制备的Cd3As2薄膜为基础,通过锌（Zn）原子掺杂的途径对Cd3As2薄膜中的表面电荷浓度进行了调控。在获得较好光电性能的掺杂砷化镉（ZCA）薄膜基础上,对其异质结构线列探测器的光电性能进行了研究。构建的ZCA/In2Se3异质结光电探测器可以在零偏压下进行探测,其在450nm波段处的D*最大值约为4.55×1011Jones。进一步制备的3D狄拉克半金属ZCA/Sb2Se3异质结背靠背（Back to Back,BTB）光电探测器即使在高偏压下也具有接近10～4的较高信噪比,其在450 nm波段处的D*可达5.2×1012 Jones,实现了从可见光到中红外（450-4500 nm）波段的室温高速宽光谱光电探测目标。3.以MBE生长的半金属Te薄膜为基础,对Te薄膜及其异质结构探测器的光电性能展开了研究。制备的Te/Sb2Se3光电探测器可以实现从可见光到中红外（405-4500 nm）波段的宽光谱探测目标,其在808 nm波段的峰值Ri和D*分别可达110.8 A/W和2.09×1013 Jones。此外,以C60为电荷调控媒介质,构建的Te/C60/Sb2Se3异质结构光电探测器可以呈现出与波长及功率密度相依赖的双向光电流输出现象。该工作为未来发展基于光调控的多功能光电逻辑器件提供了参考材料体系。4.为了实现半金属Te基化合物的室温高速宽光谱探测目标,进一步对2D碲化物原子晶体Bi2Te3及其异质结构光电探测器的探测性能进行了研究。通过MBE在GaAs（111）B衬底上外延了生长大面积高质量的Bi2Te3薄膜,并以石墨烯为电荷收集介质构建了石墨烯（Gr）/Bi2Te3/GaAs异质结光电探测器。该器件在室温下具有微秒量级的光响应速度和从可见光到中红外波段（405-4500 nm）的宽光谱探测性能,为开发基于2D碲化物量子材料的新型高速宽光谱光电探测器提供了有效的参考范

关键词： 石墨烯   量子输运   激光辐照   非对角无序   拓扑性质  

摘要： 石墨烯(Graphene)呈六角蜂窝状的晶体结构,是仅有一个原子尺度厚的二维狄拉克材料,它是近年来研究较多的量子材料,我们计划在石墨烯体系中引入激光辐照和非对角无序,通过理论与数值相结合的手段对输运性质进行探究。本论文主要开展了两方面的工作:(1)在石墨烯量子输运系统中,考虑一个两端由具有周期性的半无限长导线连接的石墨烯样品。由于圆偏振光辐照的石墨烯可等效的由Haldane模型描述,所以中心区取为Haldane模型。通过理论推导与数值模拟相结合的思路计算其透射系数。(2)研究了非对角无序对圆偏振激光辐射的石墨烯的输运性质,发现无序可以诱导非平凡的拓扑性质,由Bott指数和实空间陈数表征,我们进一步研究发现,非绝热的施加激光辐照能有效的使体系进入拓扑非平凡的相。本论文各章的主要内容如下: 第一章简要介绍了石墨烯材料的发现、结构特性、制备以及应用,着重介绍了理论和实验上关于激光辐照的石墨烯的重要发现。 第二章中首先简要介绍了量子输运的基础知识:贝里相位、贝里曲率、两能级系统和陈数;并且介绍了本文中运用的非平衡Green函数方法、Landauer-Büttiker公式,以方格子模型和Hofstadter模型为例,计算了其隧穿系数。 第三章中首先对激光辐照的石墨烯相关理论及实验成果作了简要陈述,其次着重介绍了本章所涉及的Haldane模型以及其量子输运性质。 第四章中简要回顾了无序对激光辐照的石墨烯拓扑性质影响的相关研究成果,在二维量子体系中引入非对角无序,理论上研究了圆偏振激光辐照下的石墨烯中,动能项中的非对角无序对体系拓扑性质的影响。 第五章对论文进行了总结,并对未来研究工作做了进一步展望。

关键词： 全无机钙钛矿量子点   表面包覆   稀土聚合物   白光发射  

摘要： 全无机钙钛矿量子点(QDs)由于其优异的光电性能和简易的合成方法,在发光二极管、太阳能电池、激光器和光电探测器等领域都展现出了巨大的应用潜力。然而其在实际应用中,却存在着稳定性差、所含铅元素毒性大、易发生阴离子交换和荧光再吸收等问题。而表面包覆作为一种有效的封装方式,能显著提高钙钛矿QDs的稳定性,近年来逐渐引起了研究人员的关注。本论文设计并合成了两种新型有机稀土聚合物,通过其对蓝光钙钛矿QDs进行有效包覆,实现了高稳定性的白光发射。以碳酸铯与卤化铅为原料,油酸与油胺为表面配体,通过热注射法合成了平均粒径为8.2 nm,荧光发射峰位于448 nm,发射峰半峰宽为20 nm,平均荧光寿命为17.80 ns,光致发光量子产率为52.59%的蓝光发射Cs Pb ClBr QDs。以2-吡啶甲酸乙酯为原料,通过缩合、取代等反应合成了目标分子4’-烯丙氧基-2,2’:6’,2’’-三联吡啶,以Eu和Tb作为配位金属,合成了三联吡啶基有机稀土络合物,并将其与丙烯酸甲酯进行共聚,得到了两种新型稀土聚合物包覆基质,其分别具有明亮的红光与绿光发射。通过这两种稀土聚合物材料,共同对Cs Pb ClBr QDs进行表面包覆,并结合QDs的蓝光发射构成了白光发射薄膜。在330 nm氙灯的激发下,白光发射薄膜的色坐标为(0.319,0.329),十分接近理想白光。经表面包覆处理后,Cs Pb ClBr QDs的稳定性也得到了显著提高,在室温条件下放置21天后仍能保持初始发射的64%,而未经表面包覆处理的对照组则衰减至初始发射的4%。由于复合材料中只包含单一组分的钙钛矿QDs,从根源上避免了阴离子交换与荧光再吸收现象,在显著提高Cs Pb ClBrQDs稳定性的同时,实现了纯正的白光发射,为制备新型照明器件提供了一种新思路。

关键词： 铁酸锰量子点   氧化石墨   三维骨架碳   超级电容器   储能机制  

摘要： 超级电容器是一类介于传统电容器和电池之间的新型环境友好型储能器件,具有高功率密度、快速充/放电、长循环寿命和安全性好等优点,但是由于受储能机制的限制,其能量密度较低。根据E=1/2CV2,通过优化电极材料的结构设计、提高比容量C,是构建具有高能量密度的超级电容器的有效方式。其中,将过渡金属氧化物或导电聚合物等赝电容材料与双电层炭材料复合,通过这两种材料之间协同储能机制来优化电极材料,提高超级电容器的电化学性能。炭材料一般具有高比表面积和丰富的表面官能团,可以作为导电炭基底以实现金属化合物的有效负载。铁酸锰（MnFe2O4）是一种具有高比容量的赝电容材料,经过“自下而上”制备的铁酸锰纳米点（MnFe2O4Nano Dots,以下简称MnFe2O4NDs）具有量子尺寸,其表面丰富的电化学反应活性位点,且小尺寸可以缩短电解液扩散距离,进一步提高反应速率和电子转移动力学。本论文主要集中在负载MnFe2O4NDs的炭基复合电极材料的制备,并分别研究了复合材料在水系和离子液体电解液中的电化学性能。全文所得出的结论如下:（1）首先以天然鳞片石墨为原料制备了氧化石墨作为导电炭基底,然后以Fe（CO）5和Mn2（CO）10为前驱体,通过一步溶剂热的方法制备了MnFe2O4NDs@GO复合材料。该复合材料在2 M KOH电解液中显示出优异的电化学性能。在1 A/g的电流密度下,最佳退火温度的MnFe2O4NDs@GO-400复合材料在2 M KOH电解液中表现出优异的电化学性能。当电压窗口为-1.0-0.2 V时,其比电容为303 F/g;将电压窗口拓宽至-1.1-0.3 V时,比电容高达439 F/g。此外,由该复合材料构筑的纽扣式超级电容器在1 A/g的电流密度下,循环10000圈后的容量保持率为20.4%。（2）进一步对MnFe2O4NDs进行碳包覆处理,通过二次溶剂热的方法,以尿素为碳源,制备MnFe2O4NDs@C/GO复合材料。在1 A/g的电流密度下,最佳退火温度的MnFe2O4NDs@C/GO-400复合材料在2 M KOH电解液中表现出优异的电化学性能。当电压窗口为-1.0-0.2 V时,其比电容为302 F/g;将电压窗口拓宽至-1.1-0.3 V时,比电容可达339 F/g。由该复合材料构筑的纽扣式超级电容器,循环10000圈后仍具有优异的容量保持率（约75.3%）,循环稳定性显著提升。（3）以柠檬酸钠为原料制备3DFC,以Fe（CO）5和Mn2（CO）10为前驱体通过一次溶剂热制备MnFe2O4NDs@3DFC复合材料。当电流密度为1 A/g时,该复合材料在2 M KOH电解液中具有58 F/g的比电容,相对于3DFC提升了近71%。同时,该复合材料在循环10000圈后的容量保持率为53.9%。此外,3DFC的最佳活化产物3DFAC-700在KOH电解液中的比电容可达165 F/g,且MnFe2O4NDs@3DFAC复合材料在最优条件下的比电容可达408 F/g。此外,由于EMIMBF4离子液体具有较大的粘度,其离子电导率比水系低,可能存在不同的储能机制,所以在同一电流密度下,上述的复合材料均表现出相对水系较低的比电容。

关键词： 钙钛矿量子点   有机高分子   复合材料   薄膜   辐射成像  

摘要： 近年来,钙钛矿材料迎来了快速发展,研究学者们发现钙钛矿材料不仅具有非常优秀的光电、光伏性能,而且因为其带隙可调、光产额高、衰减时间短、色域范围广的自身特性和制备过程简单、工艺不复杂、生产成本低廉等商用条件,使得钙钛矿材料在光电等领域具有深远的发展潜力。但是,虽然钙钛矿材料拥有优异的光学性质,却存在着限制其商业化、广泛化应用前景的致命缺点——稳定性。钙钛矿材料因为其自身结构问题,导致其即便是在环境条件下仍然会发生潮解、变质等问题,若不解决这个缺陷,钙钛矿材料的应用将任重而道远。因此,保证钙钛矿材料的稳定性是将其应用于光电、光伏器件的重要基础与前提。基于这个重点,本论文研究了钙钛矿材料自身的稳定性以及将其与有机高分子材料混溶共聚后制备的复合材料的各项稳定性,并进行了应用测试,进行的相关研究如下: 1.选择相对稳定性强、发光效率高的钙钛矿量子点作为合成原料,为辐射探测性能的研究提供材料基础; 2.多种有机高分子材料的实验合成。通过选择常用、快速的单体材料——乙烯、苯乙烯、γ-丁内酯等——在实验室条件下聚合,对比多种有机高分子的透明性、力学延展性、抗氧化性等性质; 3.将钙钛矿量子点原料与单体混合,形成可聚合的前驱体—单体溶液,通过引发剂、交联剂等相关化学药品,制备掺杂钙钛矿材料的有机高分子聚合物,并采用SEM、TEM、XRD、傅里叶红外等材料测试分析方法进行表征,之后再进行PL、XEL、PLQY、衰减时间等光学性能测试; 4.通过改变聚合物规格,将其从块状复合材料改变为薄膜复合材料,凭借钙钛矿薄膜自身超薄的厚度,实现了辐射成像的应用,对比其他相关材料不仅制备简单、快捷,而且可以根据实际情况进行可调性实验,更重要的是,其性能上也有很大的提高。