[发明专利]Mn2+

说明书

本申请公开了Mnsupgt;2+/supgt;掺杂CdS纳米晶及其膜、制备方法和应用。该制备方法为：取CdClsubgt;2/subgt;·2.5Hsubgt;2/subgt;O和Mn(CHsubgt;3/subgt;COO)subgt;2/subgt;·4Hsubgt;2/subgt;O，溶于DMSO，充分搅拌溶解后加入MPA；反应混合物加热后，滴加Nasubgt;2/subgt;S水溶液，滴加结束后进行氮封回流反应，反应产物用丙酮沉淀后，用甲醇洗涤，再用丙酮洗涤；获得Mnsupgt;2+/supgt;掺杂CdS纳米晶。本申请证实掺杂的CdS纳米晶与未掺杂的CdS纳米晶薄膜相比，Mnsupgt;2+/supgt;的掺杂导致阳极ECL强度提高了6倍。该阳极ECL用于检测模型分析物多巴胺，线性范围为5nM～1μM，在S/N＝3时，检出限为1nM。本申请更广泛地利用现有半导体作为阳极ECL发射器提供了一种简易的策略。羧基修饰的Mnsupgt;2+/supgt;掺杂CdS纳米晶膜在生物传感器设计中显示出巨大的潜力。

技术领域

本申请属于Mn²⁺掺杂CdS纳米晶技术领域，具体涉及Mn²⁺掺杂CdS纳米晶及其膜、制备方法和应用。

背景技术

电致化学发光半导体纳米晶体(NCs)已成为有前途的发光材料，因为它们具有良好的稳定性，便捷的表面功能以及可调节的电子和光学特性，因此可以构建用于检测生物相关物种的生物传感器以及设计光电器件。从理论上讲，纳米晶可产生阳极或阴极电致化学发光(ECL)，只要它们具有合适的价带或导带以及带隙能级。二十年来的巨大努力，科研工作者已经研发了多种ECL发射活性材料，例如金属硫化物。然而，其中大多数半导体纳米晶产生的阳极ECL发射很弱，这主要是因为它们不足以抵抗在向纳米晶注入空穴后的腐蚀。与电子注入相比，空穴的传输速率较慢。因此，在获得有效的ECL发射并减少腐蚀的同时，可行的策略是通过有效的复合及时消耗掉多余的电生成的空穴。最近，已证明通过掺杂剂在带隙中引入深施主能级可实现ECL的良好稳定性。由于深能级施主实际上具有双重功能，即接受空穴并充当发射复合中心，因此不仅稳定性而且ECL性能也得到了提高。除掺杂剂外，缺陷也可以形成带隙间能态，起到空穴受体的作用。Wang等揭示了核心位点的固有空位点缺陷将超四面体硫族纳米团簇Cd-In-S的阳极ECL效率提高至2.1％，而当核心空位被Mn²⁺离子占据时，ECL效率下降到0.8％。在这些先前的研究中，掺杂物和缺陷态均从价带(VB)接受空穴，而很少关注表面缺陷态，尽管表面缺陷态或多或少存在于被有机或无机壳钝化的纳米晶中。人们普遍认为ECL发射对表面状态非常敏感，其可以用作有用的发射中心，且还可以捕获空穴，随后进行非辐射复合，主要包括多声子复合和俄歇复合。原则上，如果将空穴直接从电极注入带隙内的表面缺陷态，并且有意将非辐射复合所涉及的能量用于发射，则可以改善纳米晶的阳极ECL性能。该相关研究，鲜见报道。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本申请所要解决的问题是提供一种Mn²⁺掺杂CdS纳米晶的制备方法，通过向主体CdS纳米晶中掺杂Mn²⁺离子，以期实现Mn²⁺掺杂CdS纳米晶膜阳极电致化学发光效率的大幅提升。本申请所要解决的另一技术问题是提供一种上述Mn²⁺掺杂CdS纳米晶在氧化铟锡电极上制成均匀薄膜的方法。本申请还有解决一技术问题是提供上述Mn²⁺掺杂CdS纳米晶在氧化铟锡电极上制成均匀薄膜后的应用。

为了解决上述技术问题，本申请采用的技术方案为：

Mn²⁺掺杂CdS纳米晶的制备方法：取CdCl₂·2.5H₂O和Mn(CH₃COO)₂·4H₂O，溶于DMSO，充分搅拌溶解后加入MPA；反应混合物加热后，滴加Na₂S水溶液，滴加结束后进行氮封回流反应，反应产物用丙酮沉淀后，用甲醇洗涤，再用丙酮洗涤；获得Mn²⁺掺杂CdS纳米晶。