表面配体对Cu12Sb4S13量子点物理化学性质的影响开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

过去几十年中,能源问题位列人类面临的全球性十大问题之首,其紧迫性愈加明显,也引起了各国政府、社会和科学家的极大关注。能源是人类社会实现可持续发展的动力源泉和重要生存基础。而太阳能几乎是取之不尽、用之不竭的,且太阳能的利用不会产生任何污染。因此,有效地利用太阳能是解决能源问题的主要途径之一。

传统的硅太阳能电池由于硅材料纯化与器件制备过程复杂,虽然已经发展了数十年,价格仍然非常昂贵。新型太阳能电池的设计与构造近年来得到极大的发展,尤其染料敏化太阳能电池、聚合物太阳能电池、量子点太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等新型太阳能电池得到快速发展。

相比于硅太阳能电池中硅的光吸收率较低,硅太阳能电池的理论转换效率较低,且成本高等特点,量子点太阳能电池具有多方面的优势,如:吸收光谱范围可调,潜在的高能量转化效率等。量子点是由少量原子构成的准零维半导体材料,在三个维度上的尺寸均在100 nm以下。其具有量子尺寸效应,可以通过调节量子点的尺寸和结构,调节其光学带隙、激子束缚能等电子状态;具有超快电子传导、多激子激发等物理效应,空穴传输率高,光稳定性强,在发光二极管、生物标记、激光、太阳能电池等领域有着重要的基础研究意义和应用研究价值。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:利用热注入法制备Cu12Sb4S13量子点,并对Cu12Sb4S13量子点表面进行不同类型的配体交换。

材料表征:采用紫外-可见吸收光谱、傅里叶变换红外光谱、透射电子显微镜及相关性能测试表征不同表面配体的Cu12Sb4S13量子点的物理化学性质。

2.2 研究目标

1、采用热注入法制备铜锑硫量子点,并交换其表面配体。

2、对所得材料进行物相和结构表征,获得与不同配体结合的量子点的各物理化学参数。

2.3 技术方案

1、Cu12Sb4S13量子点的制备:使用热注入法制备Cu12Sb4S13量子点。将碘化亚铜与油胺放入三颈烧瓶中,在氩气氛围下磁力搅拌15分钟,排除内部空气。将溶液加热至一定温度,变为黄色澄清溶液。加入氯化锑,颜色不变,加入硫源溶液变为棕黑色,保温五分钟,即得到铜锑硫量子点。

2、量子点表面配体交换:准备不同类型的配体:3-巯基丙酸(MPA)、CsPbI3、四丁基碘化铵(TBAI)、1,2-乙二硫醇(EDT),在小离心管中,配置适量配体溶液,加入制备好的铜锑硫量子点,溶液分层。震荡、搅拌,放入离心机离心,使量子点表面配体交换充分,倒掉上清液,留下量子点沉淀,用叔丁醇等溶液清洗量子点。

3、利用采用紫外—可见吸收光谱、傅里叶变换红外光谱、透射电子显微镜及相关性能测试表征不同表面配体的Cu12Sb4S13量子点的物理化学性质,分析实验数据,得出不同配体对量子点理化性质的影响结论。

3. 研究计划与安排

第1—2周:查阅相关文献资料,翻译英文文献;

第3—5周:整理资料,在任务书的基础之上,设计研究方案,确定切实可行的实验技术路线,了解相关的结构和性能的测试方法;撰写开题报告,开题答辩;

第6—8周:掌握铜锑硫量子点的制备方法及配体交换方法;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] jonathan o. the coordination chemistry of nanocrystal surfaces[j]. science, 2015, 347(6222): 615-616.

[2] wang r, shang y, kanjanaboos p, et al. colloidal quantum dot ligand engineering for high performance solar cells[j]. energy amp; environmental science, 2016, 9(4): 1130-1143.

[3] brown p r, kim d, lunt r r, et al. energy level modification in lead sulfide quantum dot thin films through ligand exchange[j]. acs nano, 2014, 8(6): 5863-5872.

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