电压力锅宏量制备非镉基水溶性发光量子点

In this project, we will focus on the large-scale synthesis of cadmium-free water-soluble quantum dots (QDs) in an electric pressure cooker. We choose polyethyleneimine (PEI) as the water-soluble ligands to eliminate the reactivity differences between Ag (or Cu) and In ions, and successfully synthesize AgInS2 QDs with bright fluorescent emission and near-infrared fluorescent CuInS2 QDs. We will enhance the photoluminescence quantum yields of QDs to above 50% via adjusting reaction parameters, such as pH value, reaction time, and the growth of ZnS shell. The fluorescent imaging effect of QDs will also be evaluated. The advantages of this project are as follows: 1. The experimental equipment is cheap and maneuverable. Multigram scale QDs can be directly obtained, which greatly reduces production cost; 2. We synthesize low-toxic ternary QDs (AgInS2 and CuInS2) to replace conventional high-toxic cadmium-based QDs (CdS, CdSe and CdTe). Water is used as reaction solvent, so the preparation process is friendly-environmental; 3. Our water-soluble QDs can be directly utilized in bio-imaging without the requirement of tedious ligand-exchange procedure.

在本项目中，我们利用电压力锅宏量制备非镉基水溶性发光量子点。利用聚乙烯亚胺(PEI)作为水溶性配体消除Ag(或Cu)与In离子间的反应活性差别，成功制备出发光性能良好的AgInS2 和近红外发光的CuInS2量子点。我们将通过改变实验参数，例如溶液的pH值，反应时间，生长宽带隙ZnS壳层等，把量子点的荧光量子产率提高到50%以上，并考察量子点在荧光成像方面的应用前景。本项目具有如下优点：1.合成设备电压力锅价格便宜，操作简单，可一次性制备多克级的量子点，大大降低了制备成本；2. 我们合成低毒的三元量子点AgInS2和 CuInS2代替传统毒性较大的二元镉基量子点CdS、CdSe和CdTe，水作为反应溶剂，制备过程绿色环保；3.合成的水溶性量子点无需繁琐的配体交换过程可直接用于生物成像。

水溶性的多元量子点在许多领域应用上有着非常诱人的前景和优势。本项目中，我们使用电压力锅为制备工具宏量合成水溶性AgInS2、AgInSe2和CuInSe2三元量子点，并评估了其在生物成像和白光发光二极管（LED）照明两个领域的应用前景。取得的一系列成果具体包括：（1）以明胶和巯基乙酸为双配体，以水作溶剂，以电压力锅为反应装置，可一次性制备得到4升水溶性AgInS2/ZnS、CuInSe2/ZnS和AgInSe2/ZnS核壳结构量子点。合成成本约为15元人民币/克。（2）普通LED封装用材料环氧树脂与量子点混合会导致量子点的团聚，我们将橙光发射AgInS2/ZnS量子点/明胶分散液直接滴加到蓝光发射的InGaN芯片上，复合直接得到暖白光。另外，将水溶性AgInS2/ZnS量子点和聚乙烯醇（PVA）复合得到发光柔性薄膜。将红光和绿光薄膜分别放置于InGaN芯片上方，得到远程型白光LED。LED具有高显色指数（CRI=90.2）和低色温（CCT=3698K）。（3）利用电压力锅合成了聚乙烯亚胺（PEI）包覆的水溶性AgInS2量子点，荧光量子效率可达32%。制备的量子点可直接用于细胞成像和葡萄糖/过氧化氢检测。本项目执行期间共发表SCI研究论文5篇，包括Green Chem.、ACS Appl. Mater. Interfaces等国际著名期刊。培养博士毕业生2名，硕士毕业生1名。