热点应用丨一键测量：触摸屏UV-Vis如何让量子点直径分析更简单？

2026-03-18 17:53:52, 天美

量子点材料是具有独特光学和电学特性的半导体纳米粒子，介于大型材料与分子材料之间的；拥有超高的比表面积（其晶格表面占据了原子的极大比例）。此外，量子点的半径通常处于2~10nm范围，这会引发显著的量子尺寸效应（量子限域效应）。

（图片来源于网络）

该效应导致量子点中的电子能级分裂为离散状态（能级离散化），这种能级变化进而影响材料的物化性质。随着量子点尺寸减小，其带隙宽度增大（图1），从而引起量子点发射光波长、电导率及光学特性的改变。这种基于尺寸的可调谐特性使其在光伏器件、生物医学成像和显示技术等领域具有广泛的应用价值。

图1 半导体与量子点的能带结构对比，以及量子点尺寸对带隙的影响

（箭头表示第一激子吸收峰相对应的跃迁）

本文使用爱丁堡分析DB30紫外-可见分光光度计（图2）对溶液中的CdSe/ZnS量子点样品进行表征。利用第一激子吸收峰与粒径之间的关系，依据ISO/TS 17466标准测定量子点的直径（硫化镉胶体量子点表征中紫外-可见吸收光谱法的使用，2015）¹。DB30的触摸屏界面、快速扫描速率和双光束光路设计，使其能够简单、快速地分析量子点样品。

图2 爱丁堡分析 DB30紫外-可见分光光度计

样品准备

将CdSe/ZnS量子点的甲苯溶液（Sigma Aldrich公司）稀释至适当浓度（第一激子吸收峰处吸光度小于1），移入10 mm光程石英比色皿中，以甲苯作为参比。

仪器配置

使用DB30进行紫外-可见光谱测量，通过触摸屏界面设置参数（图3）。选择较窄的波长范围以便更准确地识别第一激子吸收峰。

图3 DB30触摸屏界面上的实验参数设置

步骤

1. 进行基线测量。

2. 将装有量子点溶液的比色皿插入样品光路位置（甲苯参比比色皿置于参比光路位置）。

3. 按照设定的参数进行扫描（图3）。

4. 通过识别吸收光谱中波长最长的区域最大值，确定第一激子吸收峰。

5. 根据ISO/TS 17466标准中的经验尺寸方程，利用该波长计算样品中量子点的直径¹。

根据紫外-可见吸收光谱测定

CdSe量子点的直径

第一激子吸收峰对应于量子点中离散电子态之间最低能量的光学跃迁（图1）。通过DB30内置的峰谷分析功能，测得所制备CdSe/ZnS溶液的吸收峰位于λ=526.0nm处（图4），该峰归属于价带基态到导带第一激发态的电子跃迁。

图4 CdSe量子点紫外-可见吸收光谱

量子点直径（D）与其第一激子吸收峰之间的关系是通过透射电子显微镜测量（对于极小的CdSe纳米团簇则采用X射线衍射）²经验性地确定的。本文中使用的经验尺寸方程源自ISO/TS17466标准，尽管部分学术文献因透射电子显微镜测量中可能存在的误差而引用了不同的系数^1,3。根据ISO/TS 17466标准，关系公式如下：