GB/T 24370-2009 硒化镉量子点纳米晶体表征 紫外-可见吸收光谱方法

ICS71.040.50

G30

中华人民共和国国家标准

GB/T24370—2009

硒化镉量子点纳米晶体表征

紫外-可见吸收光谱方法

CharacterizationofCdSequantumdotnanocrystals—

UV-Visabsorptionspectroscopy

2009-09-30发布2009-12-01实施

发布

GB/T24370—2009

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本标准的附录A、附录B和附录C均为资料性附录。

本标准由中国科学院提出。

本标准由全国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC279)归口。

本标准负责起草单位：国家纳米科学中心。

本标准参加起草单位:北京工商大学、武汉大学、武汉珈源量子点技术开发公司。

本标准主要起草人:葛广路、刘忍肖、嵇天浩、庞代文、朱晓波、高洁、赵蕊。

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GB/T24370—2009

引言

半导体纳米晶体(又称量子点、半导体量子点)是由半导体材料(如CdSe.CdTe等U〜VI族或InP、

InAs等ni〜V族化合物)组成的、尺寸在1nm〜100nm之间的纳米材料，其中硒化镉(CdSe)纳米晶体

具有优良的尺寸及形状可控性，是研究最多、最有代表性的一类。半导体纳米晶体因量子尺寸效应的存

在表现出尺寸相关的光学和电学性质。与传统的有机染料分子荧光探针相比，半导体纳米晶体的光

性质具有明显的优势:激发波长宽且连续分布，发射波长范围却很窄，使多波长同时观察成为可能；发光

强度高，光化学稳定性更好，十分有利于长吋间对细胞内多生命现象的动态变化进行观察。基于上述性

质,半导体纳米晶体在药物筛选、生物标记、细胞示踪、流式微流控芯片免疫分析、快速诊断增敏等方面

开始得到广泛应用。

紫外-可见吸收光谱法(UV-Visabsorptionspectroscopy)是利用物质分子对紫外-可见光的吸收光

，对物质的组成结构及含量进行分析测定的一种实验室常用分析方法，可实用而便利地对半导体纳米

晶体的光学性质进行表征，并获得其结构信息。用紫外-可见吸收光谱法对其进行光谱测定时，特征吸

收峰值和摩尔吸收系数与粒子粒径有直接的对应关系。在已知每摩尔半导体纳米晶体吸收系数(J的

前提下，由郎伯-比尔定律(A=eCL)可简便而准确地计算量子点纳米晶体在分散液中的摩尔浓度。

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硒化镉量子点纳米晶体表征

紫外■可见吸收光谱方法

1范围

本标准规定了硒化镉（CdSe）量子点纳米晶体的紫外-可见吸收光谱表征方法。

本标准适用于由表面活性剂分子一一正三辛基氧M（TOPO,Trioctylphosphine）包覆的硒化镉量

子点纳米晶体在正己烷中形成的分散液。其他表面活性剂分子包覆的硒化镉量子点纳米晶体在各种非

极性试剂中形成的分散液、在水相体系中合成的硒化镉量子点纳米晶体及其他组成的半导体量子点纳

米晶体的紫外-可见吸收光谱表征也可参照本标准执行。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有

的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究

是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T9721-2006化学试剂分子吸收分光光度法通则（紫外和可见光部分）

GB/T19267.2-2003刑事技术微量物证的理化检验第2部分：紫外-可见吸收光谱法

GB/T19619—2004纳米材料术语

JJG178-2007紫外、可见、近红外分光光度计检定规程

3术语和定义

GB/T19619—2004确立的以及下列术语和定义适用于本标准。

3.1

量子点纳米晶体quantumdotnanocrystals

在常温下具有量子尺寸效应的纳米晶体。

注：量子尺寸效应定义见GB/T19619-2004的3.3.3。

3.2

带边吸收峰band-edgeabsorptionpeak

半导体紫外-可见吸收光谱中由电子从价带顶至导带底跃迁所产生的吸收峰。

注1：吸收峰定义见GB/T9721-2006的3.1。

注2：对于半导体纳米晶体，带边吸收峰也可称为第一激子吸收峰。

4方法原理

4.1紫外-可见吸收光

通过试样的入射光强度（D与其入射前初始强度（4）的比值I/I.称为试样的透光率（丁），通常以百

分数形式表示。由郎伯-比尔定律（Lambert-Beer，sLaw）,吸光度（A）可表示为一lg（T）。对特定化合

物来说，当其外层电子或价电子选择性吸收紫外-可见光波段（200nm~760nm）的能量，实现由基态到

激发态、由低能级到高能级的跃迁吋，会产生特征吸收，可得到试样吸收率与波长的对应曲线，称之为紫

外-可见吸收光。紫外-可见吸收光谱是化合物结构解析及定量分析的常用表征手段。

4.2半导体量子点纳米晶体的紫外-可见吸收光

半导体量子点纳米晶体的紫外-可见吸收来自于纳米晶体中电子由价带到导带的跃迁，即带间吸收

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GB/T24370—2009

由长波长向短波长方向，半导体纳米晶体首先出现尖锐的带边吸收峰（电子由价带顶跃迁到导带底），峰

位置取决于纳米晶体的化学组成和粒径,从带边吸收峰往波长更短的区域吸收连续且逐渐增强。

由于半导体纳米晶体具有量子尺寸效应，其电子和空穴的能级分裂与粒子尺寸密切相关，导致纳米

晶体的带边吸收峰值与纳米晶体粒径具有直接的对应关系，随着粒径的减小，带边吸收峰发生蓝移。带

边吸收峰的高度与纳米晶体分散液的浓度有关，其峰形与纳米晶体的粒径分布有关。通过测量一定尺

寸范围硒化镉量子点纳米晶体的吸收光，可以判定该尺寸范围内量子点的粒度及粒度分布。

具有窄粒径分布硒化镉量子点纳米晶体的紫外-可见吸收谱线表现为：带边吸收峰峰形尖锐、半峰

宽窄（〜50nm）、且在带边吸收峰短波长一侧存在2~3个小的吸收峰。

典型硒化镉量子点纳米晶体的紫外-可见吸收谱图及透射电子显微镜（TEM）图像示例见图1。

a））

图1粒径为4nmCdSe量子点纳米晶体的紫外-可见吸收谱线a）及TEM图像）

4.3由紫外-可见吸收谱线确定硒化镉量子点纳米晶体的粒径

硒化镉量子点纳米晶体的粒径与带边吸收峰值的对应关系可参见附录A。

根据附录A中数据资料，得到硒化镉量子点纳米晶体的紫外-可见带边吸收峰值与粒径的对应曲

线见图2。

带边吸收峰值（入）与量子点粒径（D）的拟合关系式见式（1）：

D=24.97-0.33468A+0.001422A2-2.441A3X10^+1.5135A4X10-9（1）

9-

I)

450BOO560Ki]650700

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图2CdSe量子点纳米晶体的紫外■可见带边吸收峰值与粒径的对应关系曲线

2

GB/T24370—2009

4.4由紫外-可见吸收谱线估算硒化镉量子点纳米晶体分散液的摩尔浓度

从光源辐射出的光，经过波长选择器成为单色光，当单色光通过待测量子点分散液吋，不同粒径的

量子点会对不同波长的光产生特征吸收而形成吸收峰，吸光度与待测量子点分散液浓度的关系符合郎

伯-比尔定律，见式(2):

A=eCL(2)

式中：

A——吸光度；

e摩尔吸收系数；

C——分散液的摩尔浓度；

L光路长度。

当光路长度L与摩尔吸收系数€—定时，吸光度4与分散液的摩尔浓度C成正比，因此利用郎伯-

比尔定律可以进行量子点分散液摩尔浓度的定量分析。

根据附录A中数据资料，得到硒化镉量子点纳米晶体的摩尔吸收系数€与粒子粒径D的对应关系

曲线，见图3。

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1.0I.S2.02.503,540455.0H.5&06.5

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图3CdSe量子点纳米晶体的摩尔吸收系数与粒径的对应关系曲线

5仪器

5.1紫外-可见分光光度计

根据试样的测定要求，选用符合JJG178-2007规定的单波长单光束或单波长双光束的紫外-可见

分光光度计，波长范围为200nm〜760nmo

5.2吸收池

适用于紫外和可见光区的石英吸收池或只适用于可见光区的玻璃吸收池，1cm光路。

注：吸收池的选择可依据GB/T9721—2006。

5.3仪器校正

采用GB/T19267.2—2003JJG178—2007中仪器的校正方法。

6实验样品的制备与保存

硒化镉量子点纳米晶体的制备方法可参见附录Bo

紫外-可见吸收光谱的测定要求将待测量子点样品均匀分散在适宜的溶剂中形成澄清、透明的溶胶

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分散液。硒化镉量子点纳米晶体必须经过特定的表面活性剂分子修饰后才能均匀分散在相应的溶剂

中，用作紫外-可见吸收光谱检测的实验样品。高温油相热解法制备的硒化镉纳米晶体表面有脂肪族桂

分子，可以溶解在正己烷、甲苯、二氯乙烷等非极性有机溶剂中。

量子点实验样品置于棕色瓶中，在氮气或氮气等惰性气氛下避光保存。

7分析步骤

7.1样品前处理

取一定量量子点纳米晶体实验样品，置于5mL的容量瓶中，加入与样品分散介质相同的溶剂并超

声分散10min,至试样澄清、透明。配制系列不同浓度的试样，以进行量子点样品尺寸、浓度的测量。

注1：测定试样中量子点样品无团聚现象，即试样澄清、透明。

注2：选用适宜的溶剂，使其对量子点样品有良好的分散能力，且在测定波长范围内溶剂本身无吸收。

7.2测定条件

推荐采用如下测定条件：

a）波长：200nm〜760nm；

）扫描步长：0.5nm或lnm；

c）狭缝宽度：1nm或2nm；

d）温度：室温（20C〜25°C）；

e）参比溶液:量子点纳米晶体分散液的分散介质；

f）光源：氢灯（或氣灯）和卤钩灯。

7.3测定步骤

取两个可配对使用的石英或玻璃吸收池