应用化学专亚业 -CF2 H30 CH3 H3C CH UV Vis CH3 CH3 CHs CH 实验讲义
目录 实验一 多色CdTe半导体量子点的制备及其荧光性能测定………1 实验二Ti02纳米粒子的制备及光催化性能研究…………………10 实验三有机土的制备及其在污水/废水处理中的应用…………17 实验四乙酸乙烯酯的乳液聚合和乳胶漆制备……………20 实验五高速逆流色谱技术分离纯化白芷中有效成分…………28 实验六甲苯、苯胺、苯甲酸混合物的分离与鉴定…………37 实验七涂料的剖析…… …………………40 实验八植物体内含硫量测定………………45 实验九金属锌的电解制备及其纯度分析…………………48 实验十稀土配合物的制备和光致发光性能测定……………54 实验十一综合实验… …………66 第一部分催化剂HZMS-5的制备 ………67 第二部分催化剂活性的测定………………………68 第三部分程序升温脱附法(TPD)测定催化剂的酸性质……69 第四部分BET法测催化剂表面积……………………72 2
实验一多色CdTe半导体量子点的制备及其荧光性能测定 一、实验目的 1.了解纳米村料及量子点的基本知识。 2.了解量子点光致发光的基本原理。 3.熟悉荧光光谱仪的结构、原理和应用。 4.了解VI族半导体量子点的合成方法。 5.学握CdTe半导体量子点的合成方法 二、实验和讲解内容 1.碲盐前体的制备。 2.CdTe量子点的合成 3.荧光光谱仪的使用方法。 4.半导体量子点的光致发光概念和测定。 5.半导体量子点的应用 三、实验原理 1.纳米材料及半导体量子点的基本知识简介 纳米材料是指三维空间尺寸至少有一维处于纳米量级的材料，包括纳米微 粒、量子点等零维材料，直径为纳米量级的线状材料（如纳米线、纳米棒和纳米 纤维等一维材料)，厚度为纳米量级的薄膜与多层膜（二维材料）以及基于上述 低维材料所构成的固体。这些尺度约为1~100m且所含原子或分子数为102~10 个的材料，是介于宏观物质与微观原子或分子间的过渡亚稳态物质。这些物质中 处于界面上的原子比例极大，一般约占原子总数的一半。界面上的原子具有配位 不饱和的特点，使其不同于体相结构，使纳米材料具有很特殊的表面和界面效应： 小尺寸效应和量子尺寸效应等，这使纳米材料呈现出与体相大块材料完全不同的 力、热、光、电、磁和催化、吸附等性质。因此纳米材料的研究和应用涉及到包 括物理、化学、材料、电子、生物、医药等多个学科与领域，成为世界各国重点 研究的高技术前沿阵地。 半导体量子点(Quantum Dots,QDs),是当半导体材料从体相逐渐减小至 一定临界尺寸（典型直径尺寸为1~10nm,可以抽象成一个点）以后，材料的特 征尺寸在三个维度上都与电子的德布罗意波长或电子平均自由程相比拟或更小
电子在材料中的运动受到了三维限制，即电子的能量在三个维度上都是量子化 的，结构和性能也随之发生巨大的改变，这种电子在三个维度上都受限制的材料 称为量子点，而且由于载流子（电子、空穴对）在量子点材料中的运动受到限制， 相应的电子结构从体相连续的能带结构变成准分裂能级，类似于分子的能级。除 半导体量子点外，还有金属和其它物质的量子点，本实验中所提及的量子点均指 半导体量子点。 半导体量子点又称为半导体纳米晶Nanocrystals,NCs)或半导体纳米粒子 Nanoparticles,NPs)是一种由I~VI族(CdSc,CdTe,CdS,ZnTe,ZnO)、Il~Vi族 (InAs,GaSb,InP)和IV(Si,Ge)元素组成的纳米颗粒。目前研究较多的主要是 IⅡ~VI族的CdS、CdSc、CdTe等半导体量子点，因为它们具有窄带隙而表现出优 异的荧光特性。这些特性是与其本征的量子尺寸效应密切相关的 量子尺寸效应是指通过控制量子点的形状、结构和尺寸，就可方便的调节其 能隙宽度、激子束缚能大小以及激子的能量蓝移等电子状态的现象。这种现象反 映到光谱图上就是随着量子点尺寸的减小，量子点的吸收谱、发射谱出现蓝移 尺寸越小，蓝移现象越显著。同时，粒径不同，呈现的颜色也不同，因此通过改 变粒径的大小，可以得到颜色从红色到蓝色的量子点。如图1所示。 图1在近紫外灯照射下呈现出【种不 同颜色的CdSe/ZnS量子点 从左到右（蓝色到红色）的最大发射 长分别是443、473、481、500、518 543、565、587、610和655nm。 研究发现，半导体量子点具有如下的荧光特性：(1)因为高于带隙能量的激 发光都可以激发量子点，所以量子点具有很宽的激发光谱。(2)量子点的荧光发 射波长可以通过改变量子点的组成和粒径大小调节，因此可以制备荧光光谱特征 各异的量子点。即在同一激发波长激发下，不同组成、不同大小的量子点荧光发 射峰可调，这两个性质使量子点在复杂系统中同时研究多种生物大分子成为可 能，而传统有机染料分子很难做到。(3)量子点具有较大的斯托克斯位移和狭窄 对称的荧光谱峰，因此，不同光谱特征的量子点用于生物标记时，荧光谱易识别， 更利于分析。(4)量子点比有机染料分子稳定，可以经受长时间、反复多次的光 激发，不易发生荧光漂白现象。所有这些特征集中在一种荧光探针上是很难得的
因此量子点有望代替传统的有机染料分子探针，促进生物学研究的发展并拓展量 子点材料的应用范围。 目前，量子点的生物应用前景越发凸现，成为国内外研究的“焦点”，人们 希望利用量子点较强的抗光漂白性质，可以在同一光源激发出不同颜色荧光性 质，以及利用物理的、化学的手段修饰使量子点具有与特异性蛋白吸附的性质， 将其应用到：(1)量子点荧光探针：(2)多色编码技术；(3)生物相容及特异性吸附 蛋白：(4)免疫检测：（⑤）生物成像技术：（⑥）活体组织成像：(7)指纹显现 2.几个基本概念 ①半导体的能级结构 分子轨道 固体能带 LUMO CB E VB HOMO 图2固体的能带示意图 LUMO(Lowest unoccupied molecular orbital最低未占分子轨道：HOMO(Highest occupied )最高占有分子轨道：CB(Conduction band)导带：VB(Valence band)价带 由分子轨道理论知道，对于单个的原子或分子，按其原子或分子轨道的能级 高低，电子按由低到高的能量顺序进行排布。电子首先排布于成键的分子轨道， 使体系能量降低：而使体系能量升高的反键轨道则没有电子排布，如图2。无数 的原子可以组成许多分子轨道，且相邻分子轨道间的能量差很小。紧密堆积的分 子轨道的电子能级发生重叠而形城了固体的能带。其中，由充满电子的原子轨道 能级所形成的低能量能带，称为满带（也称为价带）：由未充满电子的能级所形 成的高能量能带，称为导带。从满带顶到导带底之间的能量差通常很大，以致低 能带中的电子向高能带跃迁几乎是不可能的，这个能量差叫做禁带(forbidden 3