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核壳量子点综述及科普知识
关键词：
CdSe-ZnS quantum dots 硒化镉-硫化锌量子点 CdS-ZnS quantumdots ZnSe/ZnS-PEG-NH2
硫化镉-硫化锌荧光量子点InP-ZnS quantum dots磷化铟-硫化锌荧光量子点 PEG包裹量子点
水溶性多糖修饰核壳量子点InP/ZnS Quantum Dots价格 CdS/ZnS量子点油溶性CdS/ZnS QDs
ZnSe/ZnS，CdS/ZnS，CdSe/ZnS，InP/ZnS量子点 西安NG体育科技有限公司国内供应商
 
量子点具有大的表面效应，随着尺寸的减小其表面原子数增加，表面积与整体体积的比急剧增大，表面能增大，表面大量的不饱和悬键严重破坏了晶格周期性，导致在量子点表面形成了众多空穴和电子缺陷态，影响量子点的发光性质。增加量子点的发光效率和光、化学稳定性就需要钝化量子点的表面态。一般有两种方法：①量子点表面修饰有机配体；②量子点表面包覆无机壳层。有机配体不能同时钝化量子点表面的电子和空穴陷阱态，且易受水、氧侵蚀和光降解，不能使量子点保持长期的有效发光和稳定性。
（核@壳结构量子点示意图）
 
根据半导体材料的带隙能级相对位置，核/壳结构量子点可以分为Ⅰ-型、Ⅱ-型和反Ⅰ-型三类，Ⅰ-型核/壳结构量子中，壳层半导体材料的带隙比核的大，使电子和空穴都限制在核内；Ⅱ-型核/壳结构量子点中，壳层半导体材料的价带边或导带边位于核的带隙之间，被激发后，电子和空穴分离在核壳不同区域；反Ⅰ-型核/壳结构量子点中，壳层半导体材料的带隙比核的小，依赖于壳层的厚度，电子和空穴被部分或全部的离域到壳层里。
（不同类型的核/壳结构量子点的能级排列示意图）
Ⅰ-型核/壳结构量子点的能级排列，如图所示，其壳层被用于钝化量子点的表面态，目的是提高量子点的发光性质。壳层起到使光激活核的表面与周围介质物理分离的作用，减少发光性质对水、氧等引起的量子点表面局域环境改变的敏感性。与裸核量子点相比，核/壳结构量子点通常表现出增强的光稳定性，同时，壳层减少了裸核量子点表面悬键（载流子陷阱态）的数量，提高了量子点的发光效率。壳层生长伴随着量子点的吸收谱激子吸收峰和发射谱峰位红移（5-10nm），是由于电子或空穴扩散到壳层里引起的。
Ⅱ-型核/壳结构量子点的能级排列，如图所示，其壳层生长的目的是使量子点的发光波长有较大的红移。错位的能级排列形成比核与壳层半导体材料的带隙都小的有效发光带隙，可以通过调控壳层厚度来改变发光波长，进而获得其他半导体材料不能直接实现的发光波段，尤其被应用于实现近红外区域的发光。与Ⅰ-型核/壳量子点不同的是，由于电子或空穴波函数重叠减小，Ⅱ-型型核/壳量子点的荧光衰减寿命明显变长。
反Ⅰ-型核/壳结构量子点的能级排列，如图所示，其中载流子被部分离域到壳层里，发光波长可以通过改变壳层厚度来调节。典型的研究系统有CdS/HgS，CdS/CdSe和ZnSe/CdSe核/壳量子点，在这些量子点表面再包覆一个更宽带隙的壳层，可以提高发光效率和抑制光漂白。
为了进一步改进Ⅰ-型、Ⅱ-型和反Ⅰ-型量子点的发光与电学性质，通常在它们表面再包覆合适的表面壳层，形成多壳层结构量子点。
（多壳层结构量子点和量子点量子阱的能级排列示意图）
一方面，核与壳层半导体材料之间的晶格失配小，利于在核壳界面处形成合金过渡层，减少因晶格应力导致的界面缺陷形成无辐射复合中心；另一方面，核与壳层半导体材料之间的能带偏差大，利于电子和空穴波函数束缚在核内，远离壳层表面态的无辐射复合中心。这种多壳层结构量子点减小了界面应力同时保持了较大的能带偏差。特殊的多壳层结构量子点一一量子点量子阱被设计来避免俄歇复合引起的无辐射驰豫问题，空心的球型量子阱包围一个宽带隙核量子点，其宽带隙的表面壳层钝化表面态，可以减小在量子阱内载流子波函数的重叠，量子点量子阱实现了较高的发光量子效率。“倒置”量子点量子阱的能级排列，所示，即将宽带隙的壳层插在与之相比较窄带隙的核与表面壳层之间。这个异质结构量子点表现出两个分别来自核与表面壳层的不同波长的发光，这一现象可以用于实现白光量子点。
核壳量子点的制备方法可以分为两类：胶体化学法和外延生长法。
胶体量子点通常采用有机金属前躯体高温热分解的方法合成，通常将阴离子前驱体快速注入到含有阳离子前驱体的高温反应溶液中也被称为高温热注入法，其反应机理是反应前驱体浓度瞬间过饱和、超过成核的临界点，迅速获得单分散的晶核，将量子点的成核过程和生长过程分开，实现了快速成核和缓慢生长，此方法易于控制量子点的尺寸和单分散性（如下图所示）。
高温热注入法合成核壳结构量子点可以通过两步来法实现：①合成裸核量子点，随后在室温下经过正己烷与甲醇的混合溶液反复萃取、再加入丙酮等离心去掉反应溶剂和副产物来纯化量子点，纯化时还可以通过选择不同的离心速度来去掉大尺寸和小尺寸的裸核量子点，最后留下中间尺寸、粒径较均一的裸核量子点；②将裸核量子点重新分散在反应溶液中，包覆表面壳层（为了阻止壳层半导体材料独立成核:一方面，通常壳层的生长温度低于成核温度；另一方面，壳层半导体材料的前驱体要用注射器缓慢加入到反应溶液中）。
    核壳结构量子点中对壳层厚度的控制是十分有意义的。如果壳层厚度过薄，
对裸核量子点的表面钝化将不有效，导致差的发光稳定性。相反，如果壳层厚度
过厚，将由晶格失配产生晶格应变，同时伴随着在核壳界面处形成缺陷态。
核/壳结构多元合金量子点的合成可以通过将阴离子前驱体一步注入到高温下混合有核和壳层半导体材料的阳离子前驱体及稳定剂的反应溶液中合成。由于核壳前驱体的反应速率不同，先生成晶核，再逐渐生长合金化的壳层，最后形成单分散的核/壳结构量子点。
核壳结构掺杂量子点的合成示意图：
生长掺杂方式，是先合成基质晶核，然后在晶核的表面吸附掺杂离子，再在吸附有掺杂离子的基质，晶核表面包覆基质壳层。此方法掺杂均一性、掺杂浓度及径向位置具有可控性。
量子点做为生物标记物可以标记诸如蛋白质，核酸、生物酶等大分子，也可以将量子点与细胞膜表面生物分子特异性结合，从而间接地将量子点标记在细胞表面，从而实现细胞成像。量子点与传荣荧光染料的优劣对比如下图：
 
 

荧光量
子效率

荧光峰半高全宽

Stoker
位移

激发波
长范围

发射波
长范围

光漂
白性

生物相
容性
量子点

较高

窄
＜30nm

较大

可调

宽
可调

很好

通过表面修饰，很好
荧光
染料

很高

宽
＞50nm

小

窄

单一
不可调

较好

好
 
分子信标一种可以识别特异性核酸序列的荧光探针，将其同量子点连接后，检测特定的核酸或蛋白质其现象将更加明显。
量子点最早是作为检测金属离子的荧光探针，水相合成的CdS量子点这种探针只对铜、铁和锌离子具有响应，其原理是铜离子对硫代甘油包覆的CdS量子点有淬灭作用，而锌离子对CdS量子点则有荧光增强效果。
西安NG体育科技有限公司是国内知名的荧光量子点生产厂家我公司可以提供各种荧光量子点：
聚苯乙烯修饰CdSe/ZnS荧光量子点
PVB/QDs聚乙烯醇缩丁醛修饰量子点
氨基羧基修饰荧光量子点
巯基功能化荧光量子点
DSPE-PEG磷脂修饰量子点
CdTe近红外量子点
RGD多肽修饰量子点QDs
BSA包裹的ZnS量子点(BSA-ZnS QDs)
溶菌酶(Lyz)修饰量子点
MPA包裹的ZnS量子点(MPA-ZnS QDs)
牛血清白蛋白修饰水溶性CdTe量子点
玉米醇蛋白修饰的硫化镉量子点
叶酸白蛋白纳米粒修饰量子点
3-巯基丙酸修饰的CdSe/ZnS量子点
PAA-DSPE修饰的CdSe量子点
L-半胱氨酸修饰的CdTe量子点
近红外量子点CuInS2/ZnS
巯基环糊精修饰量子点CD@QDs
水溶性CdSe@ZnS量子点
巯基修饰的 CdSe/ZnS 量子点
谷胱甘肽 (GSH)修饰的CdTe量子点
溶菌酶修饰的CdTe量子点
聚乙烯亚胺(PEI)修饰量子点
壳聚糖包裹AgInS2荧光量子点
多糖海藻酸钠包裹量子点
羧甲基纤维素/溶菌酶修饰量子点
葡聚糖、蛋白质、淀粉、纤维素修饰荧光量子点
生物蛋白多糖多肽修饰荧光量子点
MAA修饰ZnO量子点
聚合物表面修饰量子点
PAA-PEG-FA氨基聚合物修饰量子点
氨基修饰的ZnO量子点
CdSe量子点修饰物DSPE-PAA
聚3-甲基噻吩修饰量子点，光电化学修饰量子点
近红外PbS量子点
聚倍半硅氧烷POSS修饰量子点
叶酸修饰碳量子点
二氧化硅聚合物修饰水溶性Cdse/ZnS荧光量子点
偶氮苯修饰CdSe/ZnS核壳量子点
PEG-PLA修饰核壳量子点
聚丙烯酸修饰核壳水溶性量子点
聚3-己基噻吩/硒化镉量子点，P3HT修饰CdSe量子点
噻吩聚合物改性CdSe量子点
CdSe/P3HT复合纳米晶
PAMAM修饰量子点
巯基丙酸(MPA)修饰CdSe/ZnTe量子点
聚马来酸十六醇酯,PMAH修饰量子点
PNIPAM修饰荧光硅量子点
QDs/PLGA
二氧化硅包覆的碳量子点
脂质体包裹的CdTe复合量子点
Fe3O4@CdSe四氧化三铁荧光量子点
二氧化硅包裹量子点
PMMA修饰荧光量子点
PC@ QDs聚碳酸酯修饰量子点
聚丙烯酸功能化量子点
巯基吡啶表面功能化CdTe量子点
氨基功能化荧光碳量子点
功能化磁性纳米量子点
生物功能化碳量子点
半胱胺功能化CdSe/ZnS量子点
PbS/CdS核/壳型量子点
聚乙烯亚胺修饰荧光量子点PEI@QDs
石墨烯量子点功能化金纳米粒子
PEI功能化石墨烯量子点
蛋氨酸功能化石墨烯量子点
组氨酸功能化石墨烯量子点
十二胺功能化石墨烯量子点
甘氨酸功能化石墨烯量子点
免疫磁珠荧光量子点
N掺杂碳量子点
双功能石墨烯量子点
透明质酸修饰荧光量子点