半导体纳米晶体(NCs)具有良好的光稳定性, 广泛的发射持久性和高消光系数, 在过去几年被广泛研究报道, 其中, 硒化镉半导体纳米晶体(CdSe NCs)被广泛用于电子照明、 太阳能发电、 光电传感等领域。 然而CdSe NCs的电学、 热力学和光物理性质具有较强的尺寸依赖性, 在传统的制备方法及应用中容易出现晶体表面缺陷和悬空键以及较为严重的生物毒性和环境毒性。 为了实现量子点在各个领域的应用, 必须严格控制CdSe NCs的发光波长, 尺寸分布以及荧光性能。 本研究通过高温热注射法合成了单分散的胶体发光CdSe NCs, 使用表面配体对CdSe NCs进行修饰, 研究了不同烷基链长度的配体对CdSe NCs尺寸分布和荧光性能的影响, 并通过改变溶剂配比制备了纺丝溶液, 将其与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)进行杂化, 制备了PVP/CdSe QDs荧光杂化纤维。 结果表明, 与传统CdSe NCs相比, 经表面配体的修饰的CdSe NCs在有机溶液中因分子间吸附的降低在溶液中有良好的稳定性, 具有可调节的溶解度, 弥补了缺陷和悬空键造成的荧光性能下降。 在CdSe晶体结构的形成过程中, 表面配体也有着显著的调控作用。 并且更为重要的是, 该研究将表面配体修饰与杂化相结合, 改善了表面配体的附着, 在杂化材料的制备过程中避免了硒化镉纳米晶体与高分子基体直接接触, 为荧光团提供了良好的发光微环境, 保证了CdSe NCs的荧光性能, 使杂化纤维具有良好而稳定的荧光性能。 同时, PVP的引入使CdSe NCs的生物毒性和环境毒性得以改善, 使材料更加环境友好且具有更好的生物相容性, 大大提升了材料的应用范围。 事实证明, PVP/CdSe QDs杂化微纤维杂化相容性和分散性良好, 具有优异的荧光性能和材料成型性, 纤维合成方式简便易行且造价低廉, 可应用于溶液处理, 光学照明, 电极材料, 和生物成像等各个领域。

表面增强红外光谱(SEIRAS)是一种极具潜力的分析技术, 近年来被广泛应用于诸多领域。 SEIRAS技术的关键在于具有红外增强效应的基底, 但目前已有的SEIRAS基底制备的成本、 步骤和耗时等都还有待优化。 金属材料由于其不透光性, 通常难以用作透射模式(T-SEIRAS)基底的衬底, 本研究创新性地使用具有三维孔隙结构的泡沫铜材料作为衬底, 基于置换反应在泡沫铜上负载银纳米粒子, 研发出一种快速、 简便、 低成本的T-SEIRAS基底制备方法。 优化了银离子溶液浓度、 表面活性剂用量、 反应时间等主要影响因素, 结果表明: 硝酸银(0.2 mmol·L-1)用量为10 mL, 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(0.05 g·mL-1)用量为2 mL, 反应时间为30 s时, 基底红外增强效果最好。 通过扫描电镜(SEM)、 X射线光电子能谱(XPS)对SEIRAS透射基底的表征, 表明从几十到一百纳米尺度的银纳米被成功负载于泡沫铜衬底上。 优化制备的银纳米-泡沫铜SEIRAS透射基底可对探针分子11-巯基十一烷酸(MUA)及福美双农药产生明显的红外信号增强, 对MUA在1 689 cm-1处的增强达32.7倍, 对福美双在1 371 cm-1处的增强达2.9倍。 分别考察了福美双1 236, 1 371和1 495 cm-1处的吸收信号强度与浓度的线性拟合情况, 1 236 cm-1处的线性最优, 相关系数为0.923。 该基底对福美双的检出限为0.024 mg·mL-1。 研究结果为快速、 简便制备SEIRAS透射基底提供了新方案, 为福美双等有机污染物的现场应急快速检测提供了新思路。

研究了聚乙烯吡络烷酮( PVP) 作为添加剂对CH3NH3PbI3钙钛矿基太阳能电池光电性能的影响。通过SEM、XRD和UV-Vis等手段, 研究了不同浓度PVP掺杂CH3NH3PbI3钙钛矿前驱体对薄膜的表面形貌、结晶度和光学性能的影响。结果表明, 少量的PVP添加可以调控钙钛矿薄膜的质量, 添加了PVP的钙钛矿薄膜的吸收性能明显得到提高, 且吸收峰红移了20 nm; 同时, 不仅增加了CH3NH3PbI3的结晶度, 而且还明显提高了钙钛矿薄膜的覆盖率, 减少了钙钛矿薄膜中的针孔结构。在CH3NH3PbI3前驱体溶液中添加质量分数为1%的PVP, 得到的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率达到8.38%。与未加PVP 的标准电池器件效率(1.30%)相比, 效率提高了544%。这些结果表明, 通过添加剂来调控一步法CH3NH3PbI3的晶体生长和薄膜形貌来获取高性能的钙钛矿太阳能电池是很有前途的。

用变温红外光谱法和荧光光谱法研究了聚乙烯吡咯烷酮与苯磺酸铕的相互作用。 聚乙烯吡咯烷酮的酰胺基团可与苯磺酸铕中的铕离子发生络合配位作用, 导致聚乙烯吡咯烷酮的酰胺Ⅰ带发生红移。 这种络合配位作用, 使原本不溶于氯仿的苯磺酸铕可溶于含聚乙烯吡咯烷酮的氯仿溶液。 在苯磺酸铕固体的发射光谱中, 只能观察到铕离子的f—f跃迁特征发射峰, 而在苯磺酸铕浓水溶液的荧光光谱中, 亦可观测到苯磺酸根的π*→π跃迁峰, 说明苯磺酸铕在水溶液中存在解络合现象。 苯磺酸铕在溶液中的解络合行为使铕离子周围的可配位空间增大, 这为PVP的酰胺基团与铕离子发生络合配位作用创造了条件。

探讨了相对分子质量不同的聚乙烯吡咯烷酮对多元醇法制备银纳米结构的影响, 采用扫描电镜和X射线衍射仪对样品进行了表征及分析, 并用紫外可见分光光度计研究了粒子的光学性质。实验结果表明: 在相同的实验条件下, 不同相对分子质量聚乙烯吡咯烷酮将得到不同形貌的银纳米粒子; 相对分子质量为1×104的聚乙烯吡咯烷酮得到的银纳米线产率最大, 随着聚乙烯吡咯烷酮相对分子质量增加, 银纳米线将减少, 相应的银纳米立方体将增多。

为了探讨利用有机高分子材料的飞秒激光双光子吸收来引发金属离子还原的可行性，在自行研制的双光子微细加工系统中，采用物质的量的比为1∶1的硝酸银/聚乙烯吡咯烷酮混和凝胶进行还原试验，加工出宽25μm的线条以及4mm×0.4mm的测试导线。由X射线光电子能谱分析可知，加工生成物主要元素是银，通过测试导线电阻，测算其电阻率范围在10-3Ω·m～10-5Ω·m之间。结果表明，用双光子吸收还原金属离子，可以控制反应区域，这对加工导电金属微结构是有帮助的。