量子点的合成与应用

本书为“低维材料与器件丛书”之一。全书主要介绍量子点类材料的概念、合成、主要性质及其应用，除了针对经典半导体材料类的量子点进行介绍外，还对近年来发展的非经典半导体类量子点进行了介绍。在量子点的应用方面，不仅介绍了经典的发光，生物成像、检测、太阳能器件、光电器件等应用，而且针对近年来开展的量子点材料的催化特性进行了详细的介绍。此外，在内容上本书在新型量子点材料的研究进展，新型量子点材料的合成、性质及应用方面进行了比较详尽的讨论。对很近研究成果的举例讨论，是本书的一大特色。

唐康辉，荆州大学教授、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。
1976年3月生，2005年毕业于东北师范大学，获博士学位，师从王恩波教授；2006-2008年，在香港城市大学做博士后，合作导师为李述汤院士。2008年获全国百篇很好博士学位论文奖，201 2年获评国家“万人计划”首批青年拔尖人才，201 3年获中国石油和化学工业联合会科技进步奖。201 4年、201 7年分别获批国家自然科学基金很好青年科学基金、国家杰出青年科学基金。主持国家自然科学基金重点、面上项目， “973计划”课题等科研项目十余项。

总序
前言
第1章 量子点简介 1
1.1 历史沿革 1
1.2 量子点的定义与分类 2
1.3 量子点的结构与性质 3
1.4 新型量子点简介 4
参考文献 5
第2章 量子点的制备 7
2.1 量子点的制备方法简介 7
2.2 量子点合成的物理化学原理 8
2.2.1 成核和生长模型 8
2.2.2 晶核的表征 9
2.2.3 配体的作用 10
2.2.4 表面态 10
2.2.5 量子点的纯化 11
2.3 量子点的合成技术 12
2.3.1 经典热注入法示例 12
2.3.2 Ⅱ-Ⅵ族量子点 14
2.3.3 Ⅲ-Ⅴ族半导体量子点 20
2.3.4 Ⅳ族元素及新型二维材料量子点 21
2.4 量子点合成的化学机理 22
2.4.1 前驱体的制备 22
2.4.2 络合过渡态 23
2.4.3 金属的还原 24
2.4.4 前驱体活性 25
2.4.5 膦、胺配体 25
参考文献 26
第3章 量子点的结构调控 35
3.1 量子点的表面 35
3.1.1 量子点表面及表征 35
3.1.2 晶核-配体界面的结构 37
3.1.3 配体交换反应 38
3.1.4 表面配体与量子点电子结构 40
3.1.5 表面配体设计 43
3.2 量子点的掺杂及合金化 46
3.2.1 量子点的掺杂 46
3.2.2 量子点的合金化 48
3.3 量子点异质结构 49
3.3.1 Ⅰ型异质结 50
3.3.2 Ⅱ型异质结 51
3.3.3 准Ⅱ型异质结 51
3.3.4 核/壳界面：应力与合金化 51
参考文献 52
第4章 量子点的组装 58
4.1 量子点超晶格结构的合成与表征 58
4.1.1 组装方法简介 58
4.1.2 超晶格的表征 63
4.1.3 组装体中量子点间相互作用 65
4.1.4 硬、软颗粒：量子点组装的两个特别模型 67
4.2 不同形状纳米晶的自组装 68
4.2.1 准球形量子点 69
4.2.2 棒状和盘状纳米晶 69
4.2.3 片状纳米晶 71
4.2.4 多面体量子点 71
4.2.5 支化结构和多组分异质结纳米晶 73
4.2.6 不同类型球形量子点混合物 74
4.3 量子点超晶格的缺陷 76
4.4 量子点表面化学过程驱动的自组装 79
4.4.1 初始烃链配体的部分脱附 79
4.4.2 聚合物表面配体 80
4.4.3 带电的表面配体 82
4.4.4 基于DNA的表面配体 83
4.4.5 分子开关型表面配体 85
4.5 环境在导引量子点自组装中的作用 86
4.5.1 在平整表面的自组装 86
4.5.2 弯曲表面辅助的自组装 86
4.5.3 结构导向介质中的自组装 88
参考文献 90
第5章 量子点的光学性质 100
5.1 量子点的电子结构简介 100
5.2 量子点的基本光学性质 101
5.2.1 吸收光谱 102
5.2.2 光致发光光谱 104
5.2.3 量子点自身尺寸和表面的影响 106
5.2.4 掺杂与合金化量子点 107
5.2.5 复合结构半导体量子点 110
5.2.6 重掺杂半导体量子点的等离子体共振 115
5.3 量子点的超快光谱动力学 117
5.3.1 激子动力学 118
5.3.2 非线性激子动力学 120
5.3.3 量子点异质结激子动力学 121
参考文献 123
第6章 量子点的电学与电化学性质 131
6.1 量子点的电学性质简介 131
6.1.1 光诱导电子转移 131
6.1.2 量子点膜中的电荷传输 133
6.2 量子点的电化学性质 136
6.2.1 量子点研究的电化学技术 138
6.2.2 量子点的电化学伏安特性 139
6.2.3 量子点的光谱电化学测量 142
6.2.4 量子点的电化学发光 144
参考文献 152
第7章 量子点器件 160
7.1 量子点器件简介 160
7.2 量子点光伏器件 163
7.2.1 量子点敏化太阳能电池 164
7.2.2 量子点薄膜太阳能电池 167
7.2.3 量子点太阳能电池的光学工程 169
7.2.4 多结量子点太阳能电池与热载流子效应 170
7.3 量子点场效应晶体管 171
7.4 量子点光电探测器件 173
7.4.1 光电导型探测器 173
7.4.2 光电二极管型探测器 175
7.5 量子点电致发光器件 176
7.5.1 量子点电致发光器件简介 176
7.5.2 器件性能因素的光谱理解 181
7.6 其他量子点光学器件 184
参考文献 185
第8章 量子点的催化性质 195
8.1 量子点异质结光催化剂 195
8.2 量子点光催化剂的超快光谱动力学 198
8.3 量子点/助催化剂界面优化 200
8.4 金属等离子体效应的利用 201
8.5 碳量子点的催化特性 203
参考文献 206
第9章 量子点的生物成像应用 213
9.1 超分辨显微成像与单粒子追踪 214
9.2 体外成像 216
9.3 组织成像 217
9.4 体内成像 219
9.5 生物与环境安全性 223
9.5.1 体外研究 224
9.5.2 体内研究 225
参考文献 226
第10章 量子点的传感检测应用 234
10.1 量子点荧光传感器 234
10.1.1 量子点表面偶联 234
10.1.2 荧光探针检测机理 236
10.1.3 荧光传感器研究进展 257
10.2 量子点电化学传感器 239
10.2.1 电化学发光传感器 239
10.2.2 电化学免疫传感器 241
10.3 碳、硅量子点检测简介 242
参考文献 243
第11章 挑战和展望 248
关键词索引 251