卤离子调控Cu²⁺/Cu⁺掺杂ZnSe@ZnS核壳纳米晶的发光

【作者】 张来军； 陈发云； 邹如意； 洪利明； 李萱；

【机构】 上饶师范学院化学与环境科学学院；

【摘要】 掺杂是调控半导体材料的光电磁性能的最常用方法之一,掺杂理论上会产生各种缺陷态以及缺陷能级,从而引起与缺陷相关的发光等现象。对于锌基II-VI族半导体纳米材料,Mn²⁺掺杂的研究已取得较大的成功,如Mn²⁺掺杂ZnS和ZnSe纳米晶的发光量子产率已接近100%,其发光颜色可以在黄光到红光范围进行调控。尽管Cu⁺或Cu²⁺也能像Mn²⁺一样掺杂到锌基II-VI族半导体纳米材料中,但所得到的Cu⁺或Cu²⁺掺杂纳米材料的发光主要呈蓝色或绿色,而要获得其他颜色的光仍具有极大的挑战性。目前,具有更大发光波长的铜掺杂锌硫族半导体纳米材料很少,仅有两篇文献报道了以3-巯基丙酸为修饰剂在水相中合成得到能发黄色或橙红色光的Cu掺杂的ZnS和ZnSe纳米晶[1-2]。本文在有机相中,将合适的卤化铜为Cu源加入到预先合成的ZnSe纳米晶分散液中,使其在ZnSe纳米晶的表面进行Zn²⁺-Cu²⁺离子交换,在离子交换过程中部分Cu²⁺被还原成Cu⁺（电荷被卤离子平衡）,形成表面掺杂有Cu²⁺/Cu⁺的ZnSe纳米晶。研究发现,根据卤离子种类和投料量以及反应温度的不同,掺杂Cu²⁺/Cu⁺的ZnSe纳米晶在紫外光激发下能发出蓝色、绿色、橙红乃至深红色的磷光。利用SILAR技术,对表面掺杂Cu²⁺/Cu⁺的ZnSe纳米晶进一步外延生长ZnSe或ZnS薄壳后可以提高发光的稳定性,且所得Cu²⁺/Cu⁺掺杂ZnSe@ZnS核壳纳米晶有更高的发光量子效率。另外,通过调控ZnS的生长温度,Cu²⁺/Cu⁺掺杂ZnSe@ZnS核壳纳米晶可以进一步转变为Cu²⁺/Cu⁺掺杂ZnSe_x S_1-x合金纳米晶。更多还原