本書主要介紹了納米材料的液相合成方法括貴金屬及其合金納米晶的合成，水熱/溶劑熱法、模板法合成納米材料，超細納米晶的合成方法，並從理論角度探討了納米晶的生長機理。全書內容豐富，介紹了大量合成反應體繫，以期從多方面啟發讀者了解整個納米材料液相合成方法，為研究者從原子/分子的層次設計新材料和新結構提供一些思路。

1緒言

2水相合成的基本化學原理

2.1熱力學因素

2.2半導體形成的化學原理

2.3半導體納米晶體的表面化學

3半導體納米晶體的水相合成

3.1水相合成的歷史概況

3.2水合納米晶體的生長機理

3.3核/殼結構納米晶體

3.4合金化納米晶體

3.5摻雜納米晶體

3.6半導體納米晶體的規水相合成

4量子點的光學性質

4.1基本性質

4.2表面鈍化

4.3通過制造Ⅱ型核/殼結行帶隙工程

4.4發射摻雜

4.5光學手性

5量子點和異質結構的光學/電子性質的理論

5.1建模方法

5.2應變效應

5.3輻射壽命、振子強度、載流子局域化和其他躍遷率

6半導體納米晶體的生物應用

6.1生物分子與量子點的結合

6.2生物成像和學應用

6.3生物標記和生物傳感

7結論和展望

參考文獻

1緒言半導體納米晶體（NC），或日膠體量子點（QD）的水相合成是由Hengleinl-3和Fendlerf“7於二十世紀八十年代的。三十多年來，對這項工藝的研究熱情始終不斷，繼承Henglein衣缽的有聲名顯赫的Weller[8-11]、Rogach[12-22)、Eych-mullerl823-27和Gao[28-34]，當然還有量子點領域的眾多科學家。水合CdS納米晶備取得的早期成就，不但提供了良好的量子點模型，用於研究量子點的電子特征（粒度左右的光學性能），還為完整的水相合成方法奠定了基礎，這種方法後來又廣泛應用於鈣、鋅、汞、銀、銅硫屬化合物納米晶納米晶體的合成。半導體納米晶體在量子限制效應的作用下展現出的光學性能，例如窄帶、相對對稱、粒度/成分左右的熒光，光譜範圍從紫外藍光直到中紅外線[19-21.3-45]。這種靈活性吸引力，導致各行各業都在全面探索具體應用方法括商業、生物醫學領域(39.40-42：46-74和光電子領域（7275-92]。非水合成法是Bawendi、Alivisatos和Peng於二十世紀九十年代發明的35.3793-96],稱作TOP-TOPO法，亦名“熱注入法”（TOP代表三辛基膦，TOPO代表三辛基氧化磷），能夠有效地合成強熒光量子點，具備形態均勻度高、工藝性能良好的半導體/半導體核/殼異質結構。某些半導體的非水合成是在高溫有機溶劑中完成的，可生產出質量較高而缺陷密度較低的納米晶體。某些情況下，生長溫度和配體的選用，也會影響晶格形態[96.97]。書文後半部分介紹了出現的一種方法，稱作“加熱法”，這種方法雖然也用有機溶劑溶解前驅物，但在注入前驅物、從形核過渡到量子點生長條件期間，並不依靠溫度的快速變化。這種方法使用熱升溫（通常為每分鐘一二十攝氏度），適合溫度敏感的前驅物形核，可以控制後續生長階段。在半導體材料的大規模合成生產方面，這種方法的工藝性能優於熱注人法。雖然加熱法不適合所有的有機溶劑合成工序，但可以應用於多種量子點材料，在很多情況下都能達到良好的效果。Van Embdel等人[98]的著作全面闡述了這種方法的熱力學和力學原子量，詳細介紹了這種方量子點的測量、評估結果。然而膠體半導體納米晶體的水相合成方法更加環保、發展潛力更大、成本效率更高，所以仍然得到廣泛的應用。水相合成法化學原理的吸引力在於，微粒表面封端能豐富，可以根據實際用途制作相應的量子點，例如可以將水合半導體納米晶體用於生物標記和生物成像。核酸、氨基酸、核苷酸、蛋白質之類的生物分子對水的兼容性好，可以在合成期間充當微粒表面封端劑，直接生產出能納米材料。實際上水相合成法甚至還可以通過微生物礦化工藝，應用於半導體納米晶體的生物合成[71·99:100]。不論具體手段如何，水溶性納米晶體工藝都能夠生成固態膜。由於操作簡便，廢溶劑的回收/處理成本較低，環保性能優於有機溶劑型量子點。除生物相容性方面的優點以外，水相合成納米晶體的新研展揭示出納米晶體表面化學的多樣性，將未來的主要發展方向集中到晶體的光學性能和具體應用上101l02])。例如將光學活性對掌性（生物）分子配體用作合成階段的表面封端劑，生產出的半導體納米晶體將具備粒度左右的對掌光學性能[101.1021。這種方法是將對掌性分子的光學活性與半導體納米晶體基本上為粒度左右的吸收效果相結合，在可見光區形成傳統圓二色譜和量子限制效應。這個專項研究領域取得的另一項成果是，含單核苷酸、DNA/RNA、金屬離子和硫屬化合物源的中性水相中，通過核酸直接完成生物相容納米晶體的單點合成[103-107)。將核酸用作可編程能配體群落，為納米晶體合成提供了有效的工具，通過核酸序列變異實現膠體量子點的合理設計。這種工藝合成的納米晶體不但具備有用的光譜特性，還明顯體現出DNA、蛋白質、癌細胞導向方面的相關特點，產生的生物共軛量子點幾乎可以滿足生物科學轉化研究的要求（.106]。在光伏器件（太陽能電池[81:84.88:90·l08-1]、光電探測器（83.112-11刀）和光催化作用（5.18-1)之類的光電子應用領域中，量子點在光電作用下產生電荷之後，先生成的激子應當分離，提取量子點的電荷並輸送到其他場所，例如外部電極。固態量子點膜的提取、輸送優先使用短配體以降低介質阻擋，縮短點內分離距離。有機溶劑中生長的納米晶體無法利用離子穩定作用，但可以借助長鏈配體形成的短距離，利用立體排斥效應。長烴基鏈難溶/不溶於水，所以水相中的量子點依靠短鏈(水溶性）和帶電配體生長，防止短距離靜電排斥形成膠體聚合。通常使用巯基酸、二巯基化物之類的短鏈鏈接分子，以便形成薄而致密的量子點膜，或者讓量子點與其他表面緊密耦合，或者讓量子點緊密TiO2和其他氧化物的納米晶體。為了保證光電子裝置納米晶體在有機溶劑中健康生長，應當清除長鏈生長配體並代之以短鏈配體（即交換），從而形成表面鈍化（填充表面陷阱或者防止表面陷阱形成），也能起到分子交叉鏈接作用，從而合成量子點量子點膜。水中生長的量子點事先配備了這類配體，所以沒有這類問題，穩定性和光學性能較好，甚至超過有機溶劑型量子點。目前，j-V量子點需要較高的生長溫度，隻能在有機溶劑中生長。光致發光量子效率（PLQY）較高的鉛硫屬化合物在有機溶劑中生長較好，但也可以在水溶液中形成，隻是目前生長的鉛硫屬化合物普遍質量較差。I-VI量子點則在很多情況下更為靈活，是間隙較低的材料，使得很多材料的兩種合成方法互有重疊。設備性能終取決於眾多量子點的性能，不依賴於光致發光量子效率。不論哪種合成方法，量子點材料的選擇都是佳產品的主要影響因素，這一點是毫無疑問的，所以沒有必要測定各種合成方法的量子效率。