摘要
半导体量子点具有优异的光学和电学特性，使其在太阳能电池、三线态敏化、光催化等方面展现了巨大的应用前景。但是，强的量子限域效应使半导体量子点中光生电子和空穴波函数在空间分布上有很大重叠，使电子-空穴具有较高的复合速率，限制了其在光电转换及光催化等方面的应用。其次，尽管关于量子点敏化三线态能量转移的多种机理已经被提出，但是目前仍存在争论，观点尚未达成统一。针对以上问题，本论文采用超快光谱技术，对CdTe量子点-金纳米团簇（AuNCs）复合体系中有效的电荷分离以及CdTe量子点-蒽甲酸分子（ACA）杂化体系中三线态能量转移过程进行了详细的研究。本论文的主要内容如下： （1）采用高温热注入法在油相中合成了胶体半导体CdTe量子点。进一步通过配体交换的方法，使用巯基丙酸将CdTe量子点从油相转移到水相，获得了具有良好水溶性的CdTe量子点。采用溶剂法在室温下合成了精氨酸对6-氮杂-2-硫代胸腺嘧啶保护的金团簇（Arg/ATT-AuNCs）。通过稳态吸收光谱、稳态荧光光谱以及透射电子显微镜对合成的CdTe量子点和AuNCs进行了表征。CdTe量子点的激子吸收峰和发射峰位分别位于~620nm和~640nm，其尺寸为~5nm。AuNCs在398nm、467nm以及496nm处出现分立的能级吸收，其尺寸为~1.7nm。 （2）构建了CdTeQDs和AuNCs的纳米复合材料，研究了复合材料中超快载流子动力学及光电性能。通过稳态荧光光谱和时间分辨荧光光谱证明了复合材料中CdTeQDs和AuNCs之间形成了TypeII的能带结构排列，有效促进了CdTeQDs和AuNCs间的光生电荷转移，从而提高了复合材料的光电流响应。飞秒瞬态吸收光谱的测量直接观测到了光激发下CdTeQDs到AuNCs的超快热电子转移过程。通过对数据分析发现，在530nm激发下CdTeQDs到AuNCs的热电子转移速率为1.01×1013s-1，转移效率为50%。该工作对发展基于半导体量子点和金团簇的光捕获和光电器件具有重要意义。 （3）以CdTe量子点为敏化剂、ACA分子为三线态能量受体构建了CdTeQDs-ACA的杂化体系，研究了该体系中三线态能量转移（TET）路径和单线态氧产生特性。稳态和时间分辨光谱的结果表明，光激发下CdTe量子点到ACA分子的TET效率超过了80%。动力学分析清楚地揭示了CdTeQDs-ACA体系中存在热电子和热化电子交换介导的两个TET通道。在530nm激发下，两个通道介导的TET效率分别为27%和85%。高效的TET使CdTeQDs-ACA杂化体系具有良好的单线态氧产生能力，产率可以达到~59%。这些发现有助于深入了解半导体量子点和有机分子界面的TET作用机制，对设计高效的基于半导体量子点敏化的三线态能量转移体系具有重要意义。
NETL