CsPbBr3钙钛矿量子点的电化学发光性质研究及其应用

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电致化学发光(electrochemiluminescence,ECL)结合了电化学和化学发光的特点,具有灵敏度高、选择性好以及检测线性范围宽等特点,在分析领域得到了广泛的应用。一定尺寸的半导体纳米晶体(nanocrystals,NCs),是一种重要的ECL发光体。自Bard课题组2002年发现硅量子点的ECL以来,关于不同类型量子点的性质及应用开展了大量的研究。然而,由于半导体量子点存在毒性以及碳量子点发光比较弱等不足之处,开发新型的具有优异ECL性能的量子点仍是ECL检测应用研究的关键问题。近年来,钙钛矿作为一种新兴的纳米材料引起了研究者的广泛关注。自Kovalenko课题组2015年首次报道了全无机钙钛矿量子点CsPbX3(X=Cl,Br,I)的制备方法,基于其优异的荧光及电化学性能,人们对全无机钙钛矿量子点的性质及其应用方面等方面进行了大量研究。然而,关于钙钛矿量子点的ECL性质及其应用研究相对较少。本论文主要对CsPbBr3钙钛矿量子点的ECL性质以及应用进行了研究。主要工作如下:1.具有单色性和电化学可调的CsPbBr3量子点的ECL性质本章研究了CsPbBr3量子点在有机体系中的ECL过程。立方结构的CsPbBr3量子点可以在不同的氧化还原电位注入空穴(或电子),形成不同的电荷状态,进而产生ECL信号。CsPbBr3量子点的自由基湮灭途径和共反应剂参与途径都可以产生优于传统量子点的高单色性的ECL信号。不同电位下注入电子和空穴基本对CsPbBr3量子点的ECL光谱和单色性没有影响,而且ECL光谱与荧光光谱一致。通过改变CsPbBr3量子点的电子和空穴注入的顺序可以调控并产生“开/关”式的ECL信号,先注入电子后注入空穴可以产生较强的ECL信号;反之,则产生较弱的或者不产生ECL信号。2.CsPbBr3量子点与过氧化氢在水溶液中载流子复合的阳极ECL过程本章首次研究了CsPbBr3量子点在水溶液中载流子注入和复合过程。CsPbBr3量子点通过物理方法沉积在玻碳电极(GCE)表面,可以在载流子注入和复合过程中保持一定的稳定性。CsPbBr3量子点首先在电化学过程中注入空穴,随后在GCE表面与H2O2或者电化学过程中产生的活性氧反应,进而完成载流子的复合过程。这种载流子复合的过程对H2O2具有较高的选择性,可以在阳极产生高效高单色性的ECL信号。研究CsPbBr3量子点的载流子复合机理不仅有利于今后设计生化药剂相关的光电子器件,而且也有利于构建高单色性的ECL生物传感器。3.基于CsPbBr3量子点修饰电极的ECL光谱传感本章构建了CsPbBr3量子点为发光体的ECL光谱传感器。CsPbBr3量子点的表面配体为长链油胺和油酸,表面钝化效果较好,ECL光谱与荧光光谱基本一致。基于CsPbBr3量子点优异的单色性和电化学可调的性能,我们将其应用于ECL光谱分析中。在玻碳电极表面修饰一层CsPbBr3量子点,由于一定量的多巴胺(DA)对CsPbBr3量子点的ECL光谱具有猝灭作用,实现了对多巴胺的分析检测。
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