化学浴法制备CdS薄膜及其光电性能研究_焦静
第42卷第7期人工晶体学报
Vol．42No．7
2013年7月
JOUＲNAL OF SYNTHETIC CＲYSTALS
July ，
2013化学浴法制备CdS 薄膜及其光电性能研究
焦
静，沈鸿烈，王
威，江
丰
（南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京210016）
摘要：本文用氯化镉、氯化铵、硫脲和氨水的溶液体系采用化学浴沉积法合成CdS 薄膜，制备出均匀、致密的CdS 薄膜，通过XＲD 、SEM 、EDS 、紫外可见吸收光谱等表征手段研究了CdS 薄膜的晶体结构，表面形貌，元素比例和光电性能。发现在不同水浴温度下都成功制备了CdS 薄膜，其中75?制备的CdS 薄膜最为均匀致密且其XＲD 衍射峰强度最强，光吸收边在500nm 附近，禁带宽度大约为2．52eV 。这些CdS 薄膜的光电响应大，暗态及光照下的电导率
分别为1?10－4S ·cm －1和1．04?10－2S ·cm －1
。用它们制备的CdS /CZTS 异质结太阳电池具有明显的光伏效应。
关键词：化学浴沉积法；CdS 薄膜；光吸收；光电响应；电导率中图分类号：O734
文献标识码：A
文章编号：1000-
985X （2013）07-1299-06收稿日期：2013-01-24；修订日期：2013-03-26基金项目：国家自然科学基金（61176062）；江苏高校优势学科建设工程资助项目作者简介：焦
静（1988-），女，山东省人，硕士研究生。E-mail ：jiaojing837@163．com 通讯作者：沈鸿烈，教授。E-
mail ：hlshen@nuaa．edu．cn Study on Preparation and Photoelectric Properties of CdS Thin
Films by Chemical Bath Deposition
JIAO Jing ，SHEN Hong-lie ，WANG Wei ，JIANG Feng
（College of Materials Science ＆Technology ，Nanjing University of Aeronautics ＆Astronautics ，Nanjing 210016，China ）
（Ｒeceived 24January 2013，accepted 26March 2013）
Abstract ：CdS thin films were prepared by chemical bath deposition （CBD ）in an aqueous containing cadmium chloride ，ammonium chloride ，thiourea and ammonia．Uniform and compact CdS films were finally prepared．The crystalline structure ，morphology ，elemental analysis and optoelectronic properties of CdS films were investigated by XＲD ，SEM ，EDS ，and UV-vis-NIＲspectroscopy．It was found that CdS thin films were successfully prepared at different bath temperatures．The CdS film prepared at 75?showed uniform and dense surface morphology and presented the strongest peak intensities of the XＲD patterns and a photoabsorption edge near 500nm with a band gap of about 2．52eV．Moreover ，the photoelectric response from the CdS films was large with the dark and light conductivity value of 1?10－4S ·cm －1and 1．04?10－2S ·cm －1，respectively．In addition ，the prepared CdS /CZTS hetero-junction solar cell demonstrated an obvious photovoltaic effect．
Key words ：chemical bath deposition ；CdS thin film ；photoabsorption ；photoelectric response ；conductivity
1引言
硫化镉（CdS ）是一种II-VI 族的直接带隙半导体，有立方结构与六方结构两种晶体结构。硫化镉的光学
带隙约为2．42eV
［1，2］
，可允许太阳光谱中大部分波段的光透射。由于硫化镉中硫空位作为缺陷可形成本征
1300人工晶体学报第42卷
施主能级，因此硫化镉一般为n型半导体。CdS薄膜通常被用作窗口层材料与其它p型半导体薄膜制备成异质结薄膜电池，如在薄膜太阳电池中占主流的CdTe太阳电池和Cu（In，Ga）Se2（CIGS），Cu2ZnSnS4（CZTS）太阳电池均使用CdS薄膜作为窗口层［3-6］。据文献报道，CdS/CZTS太阳电池的转换效率的理论计算值为27．02%［7］，而国内对于CdS/CZTS异质结太阳电池的实验研究还未见报道。目前采用化学浴制备CdS薄膜方法中，根据所使用原料的不同可分为氯化镉体系、乙酸镉体系、硫酸镉体系及碘化镉体系等［8］。当使用不同的化学浴体系制备CdS薄膜时，由于制备体系及制备参数的不同导致CdS薄膜的结构及性能有所差异，如所制备的CdS可能是立方结构和六方结构，CdS薄膜的光学带隙也稍有不同［9］。对太阳电池来说，往往对CdS薄膜结构、结晶取向，光学及电学性能有一定要求。在CdS/CdTe薄膜电池中，当CdS薄膜为六方结构且具有（002）择优取向时，所得到的电池性能最佳，因为这种结构的CdS会减少界面缺陷及增强载流子的纵向输运。
本文用氯化镉体系制备了CdS薄膜，对制备的CdS薄膜的结构、形貌、光学和电学性能进行了研究，在此基础上初步研制了CdS/CZTS太阳电池，为CdS薄膜在异质结电池中的应用打下了良好基础。
2实验
2．1CdS薄膜制备工艺
本实验中采用的试剂硫化镉和硫脲都为分析纯，氨水采用质量分数为28%的氨水，首先分别配制浓度为0．02mol/L的CdCl2溶液、0．3mol/L的NH4Cl溶液以及0．06mol/L的硫脲溶液各30mL，用磁力搅拌器将其搅拌均匀。然后将0．3mol/L的NH4Cl溶液加入到CdCl2溶液中，混合均匀后再加入氨水，调节PH值为10，之后将混合液放入水浴锅中，当达到预定温度后再加入硫脲溶液。
配置好反应溶液后将清洗好的玻璃衬底垂直放入反应溶液中，恒温沉积30min得到薄膜。在实验过程中可以看到溶液先由黄绿色逐渐变成黄色，后由黄色变成橙色。反应结束后取出衬底，上面有黄色的淀积物。冲掉表面黄色淀积物，氮气吹干，最后得到的薄膜样品呈黄色、光亮、均匀、致密、透明。制备好的薄膜在350?，N
保护条件下，退火2h。
2
2．2CdS薄膜的表征
采用Bruker D8Advance X射线衍射仪分析薄膜的晶体结构，采用Cu转靶，电压40kV，X射线波长0．154056nm，扫描范围2θ为10? 80?，步长0．02?；采用JSM-6300扫描电子显微镜（SEM）观察薄膜表面形貌；采用能谱分析仪（EDS）分析薄膜成分；采用UV-3600岛津分光光度计测试薄膜的光学性质；用四探针、吉时利数字源表结合太阳光源模拟器（AM1．5）对薄膜的电学、光电响应特性和光伏性能进行了测试。
3结果与讨论
3．1结构分析
图1（a）为使用氯化镉和硫脲溶液体系在55?，65?，75?和85?水浴温度下制备的CdS薄膜的XＲD图谱。由图可见，首先，不同水浴温度制备的CdS薄膜均在2θ=25．1?，26．8?，28．3?，43．75?，47．9?和52．1?位置有明显的衍射峰，对照PDF77-2306卡片得出这些衍射峰都对应于六方结构的CdS材料的（100），（002），（101），（103），（102）和（112）的特征衍射峰。所有薄膜都在位于2θ=26．8?处的衍射峰都最强，说明CdS薄膜内部晶格有明显的择优取向，且CdS薄膜均为六方结构［10，11］。此外，通过比较亦可看出在较低的水浴温度下即55?和65?制备的薄膜中含有Cd（OH）2杂质，同时随着水浴温度的提高Cd（OH）2的衍射峰逐渐降低。在75?和85?所制备的CdS薄膜则没有Cd（OH）2的杂质峰出现，说明较高温度下有利于Cd（OH）
的失水并进一步的被硫脲硫化形成CdS。
2
图1（b）为在55?，65?，75?和85?下所制备的CdS薄膜退火后的XＲD图谱。对比退火前测试得到的XＲD图谱，发现55?和65?时制备的薄膜退火后Cd（OH）2的衍射峰全部消失，而75?和85?下所制备的薄膜退火前后XＲD峰则没有明显变化。综合比较不同温度下制备的CdS薄膜的（002）衍射峰强度
第7期焦静等：化学浴法制备CdS薄膜及其光电性能研究1301发现75?下所制备的薄膜其（002）衍射峰强度最高，存在明显的（002）择优取向。
图1不同温度下化学浴法制备的CdS薄膜制备态和退火后的XＲD图谱（a）制备态；（b）350?氮气退火2h Fig．1XＲD patterns of CdS thin films prepared by chemical bath deposition at different temperatures
（a）as prepared；（b）annealed at350?for2h in nitrogen
3．2表面形貌分析
图2是在不同水浴温度条件下沉积30min得到CdS薄膜退火前后的SEM照片，其中图2a、b分别为55?水浴退火前后的SEM照片，图2c、d分别为65?水浴退火前后的SEM照片，图2e、f分别为75?水浴退火前后的SEM照片，图2g、h分别为85?水浴退火前后的SEM照片。从图中可看出CdS薄膜的表面形貌随着温度的改变而变化，从图2a、b较低水浴温度时（55?）的SEM照片可以看出有两种不同形貌的颗粒，一种是比较大的纳米片状颗粒，另一种比较小的球状颗粒。据文献报道［12-14］，在化学沉积制备CdS薄膜的过程中，总伴随着两个机制，即发生在溶液中的同质沉积和发生在衬底上的异质沉积。异质沉积又包括两种过程：一种是在衬底上吸附CdS颗粒的过程称为“簇-簇”机制（cluster by cluster），导致薄膜的形貌粗糙、疏松，而另一种称为“离子-离子”机制（ion by ion），使得CdS薄膜显得致密和平整。“簇-簇”生长机理得到的薄膜质量比较差，而“离子-离子”生长机理得到的薄膜质量比较好。分析片状颗粒是由于“簇-簇”生长机理得到的，而球状颗粒是由于“离子-离子”生长机理形成的。
图2不同水浴温度沉积30min得到CdS薄膜350?退火前后的SEM照片
（a、b）55?水浴退火前、后；（c、d）65?水浴退火前、后；（e、f）75?水浴退火前、后；（g、h）85?水浴退火前后
Fig．2SEM images of CdS films prepared at different bath temperatures and before/after annealing at350?for30min
当水浴温度升高到65?时，如图2c、d所示，纳米片状颗粒减少，比较小的球状颗粒增多，表面变得平
1302人工晶体学报第42卷
整。当水浴温度升高到75?和85?时，如图2e h所示，全部为较小的球状颗粒，CdS薄膜表面较为均匀致密，但是85?制备的CdS薄膜表面依然存在一些较为细小的空隙。另外退火后CdS薄膜颗粒变大，薄膜表面的形貌变得更均匀和致密。XＲD图谱的分析表明，CdS薄膜并未发生相变，所以表面形貌的变化是由于薄膜发生再结晶。综上所述，当温度较低时，化学反应速度较慢，“簇-簇”机制为主要的过程，在沉积时间一定的情况下，生成的薄膜稀疏，结构不够致密，有较多缺陷和孔洞存在。随着温度升高，同质沉积和“离子-离子”机制为主要的过程，易得到致密性较好的CdS薄膜，但温度过高时，反应速度很快，溶液中CdS的生成速度过快，导致薄膜形貌变差［15］。
表1CdS薄膜中Cd和S的元素比例
Table1Stoichiometry values for Cd and S of the CdS films
Bath temperature/?
Proportion of atoms
Cd/%S/%Cd/S
Proportion of atoms after annealing
Cd/%S/%Cd/S
55?63．6436．361．7566．1733．831．96
65?60．1639．841．5165．2434．761．88
75?47．3052．700．9048．2351．770．93
85?68．0831．922．1369．0730．932．23
综上所述，根据XＲD和SEM测试结果可知75?为最适合制备CdS薄膜的水浴温度，并且如表1所示的EDS测试结果显示75?制备的CdS薄膜中Cd和S的元素比例为0．9，非常接近标准化学计量比。所以75?下所制备的CdS薄膜是最适合作为太阳电池的窗口层材料。
图3CdS薄膜的光学性能（a）透射率和反射率；（b）光学吸收系数和光学带隙
Fig．3Optical properties of CdS thin film
（a）transmittance and reflectance；（b）optical absorption coefficient and optical band gap
3．3光学特性分析
图3（a）为75?下所制备的CdS薄膜的透射率和反射率测试结果，发现薄膜在400 500nm范围内透射率急剧上升，在可见光以及近红外光范围内的透射率达到80%左右，说明该薄膜非常适合作为太阳电池的窗口层材料。
根据透射率（T）和反射率（Ｒ）以及薄膜的厚度（t，75?下制备的CdS薄膜的厚度为300nm，即t=300 nm），由公式（1）：
α=ln［（100－Ｒ）2/T］/t（1）可以计算出薄膜的光学吸收系数（α），再根据α值由公式（2）可以计算出薄膜的光学带隙：
（αhν）n=A（hν－E
g
）（2）其中hν为某波长光子的能量，E g为光学带隙，A和n为常数。式中n取决于电子的跃迁类型。CdS中的载流子跃迁属于直接跃迁，因此计算中n取2。图3（b）为CdS薄膜的光学吸收系数与波长的关系，其中的插图是（αhν）n和光子能量hν的关系，该曲线中直线的延长线与横坐标的交点即为该薄膜的光学带隙值。得到其光学带隙约为2．52eV。
第7期焦静等：化学浴法制备CdS 薄膜及其光电性能研究1303
3．4
光电响应性能分析
图4为75?制备的CdS 薄膜的光电流响应曲线。测试时额定外加电压为10V ，测试光源为卤钨灯，光
功率密度为100mW /cm 2
。其中0 10s 为暗态，
10 17．5s 为光照阶段，17．5 23s 又恢复到暗态阶段。如图所示，CdS 薄膜在光照下电流明显上升，说明薄膜的光电响应性能优越。通过计算可知，
CdS 薄膜在暗态及光照下的电导率分别为1?10－4S ·cm －1和1．04?10－2S ·cm －1
。薄膜光暗电导比值超过100，足以说明其优越的光电特性。
图4
CdS 薄膜的光电响应曲线
Fig．4
Optoelectronic response curve of CdS thin film 图5CdS /CZTS 异质结太阳电池结构图
Fig．5
Structure of CdS /CZTS hetero-junction solar cell
3．5CdS /CZTS 异质结太阳电池
在上述制备CdS 薄膜的基础上，采用磁控溅射法制备Cu /Sn /Zn 金属预置层然后硫化的方法制备出Cu 2ZnSnS 4薄膜，从而与CdS 结合制备出CdS /CZTS 异质结太阳电池。具体电池结构如图5所示，其中75?水浴沉积5min 制得的CdS 薄膜厚度约为50 60nm ，
CZTS 薄膜厚度为1000nm ，ITO 薄膜厚度为120nm 。
图6
CdS /CZTS 异质结太阳电池的I-V 特性曲线（a ）暗态；（b ）光照
Fig．6
I-V characteristic curve of CdS /CZTS hetero-junction solar cell （a ）dark ；（b ）under illumination
图6（a ）显示了CdS /CZTS 异质结在室温暗态下的I-V 特性曲线。可以看出，异质结具有较好的整流特性，正向电流随偏压的增加而迅速上升，反向电流随反向偏压的增加而极为缓慢地增大。图6（b ）为AM1．5G 光照下CdS /CZTS 异质结太阳电池的I-V 曲线，可以观察到异质结表现出明显的光生伏特效应，光照下电
池的开路电压达484mV ，短路电流密度为8．4mA /cm 2
，填充因子为36．9%，经过计算得出该CdS /CZTS 异
质结太阳电池光电转换效率达到1．5%。
4结论
（1）用CdCl 2、氨水、NH 4Cl 以及硫脲的溶液体系分别在55?，65?，75?和85?水浴温度下成功制备出CdS 薄膜，其中75?下所制备的CdS 薄膜最为均匀致密且其XＲD 特征峰强最强，薄膜中Cd 和S 元素比例接近标准化学计量比，光学吸收边在500nm 附近，光学带隙约为2．52eV 。
1304人工晶体学报第42卷
（2）CdS薄膜具有明显的光电响应性能，薄膜光暗电阻比值超过100，存在明显的持续光电导特性。制备的CZTS/CdS异质结太阳电池具有明显的光伏效应，在AM1．5G标准太阳光照下，电池的开路电压达到484mV，短路电流密度为8．4mA/cm2，填充因子为36．9%，经过计算得出该CdS/CZTS异质结太阳电池电池光电转换效率达到1．5%。
参考文献
［1］Han J F，Liao C，Jiang T，et al．An Optimized Multilayer Structure of CdS Layer for CdTe Solar Cells Application［J］．Journal of Alloys and Compounds，2011，509：5285-5289．
［2］赵湘辉，魏爱香，招瑜．CdS纳米晶颗粒薄膜的制备及其光学特性研究［J］．人工晶体学报，2011，40（6）：1580-1586．Zhao X H，Wei A X，Zhao Y．Preparation and Optical Properties of CdS Nano-crystalline Thin Films［J］．Journal of Synthetic Crystals，2011，40（6）：1580-1586．
［3］韩俊峰，廖成，江涛，等．CdS薄膜的制备及其在CdTe电池中的应用［J］．真空，2011，48（1）：9-12．
Han J F，Liao C，Jiang T，et al．Preparation of CdS Films and Their Application in CdTe Solar Cells［J］．Vacuum，2011，48（1）：9-12．
［4］Opanasyuk1A S，Kurbatovl D I，Ivashchenko M M，et al．Properties of The Window Layers for the CZTSe and CZTS Based Solar Cells［J］．Journal of Nano and Electronic Physics，2012，4（1）：01024（1）-01024（3）．
［5］HaightＲ，Barkhouse A，Gunawan O，et al．Band Alignment at the Cu2ZnSn（S x Se1－x）4/CdS Interface［J］．Applie Physics Letters，2011，98（25）：253502（1）-253502（3）．
［6］Han J F，Spanheimer C，Haindl G，et al．Optimized Chemical Bath Deposited CdS Layers for the Improvement of CdTe Solar Cells［J］．Solar Energy Materials＆Solar Cells，2011，95：816-820．
［7］许佳雄，姚若河．n-ZnO：Al/i-ZnO/n-CdS/p-Cu2ZnSnS4太阳电池光伏特性的分析［J］．物理学报，2012，61（18）：187304-1-8．Xu J X，YaoＲH．Investigation of the Photovoltaic Performance of n-ZnO?Al/i-ZnO/n-CdS/p-Cu2ZnSnS4Solar Cell［J］．Acta Phys．Sin，2012，61（18）：187304-1-8．
［8］Moualkia H，Hariech S，Aida M S．Structural and Optical Properties of CdS Thin Films Grown by Chemical Bath Deposition［J］．Thin Solid Films，2009，518（4）：1259-1262．
［9］Gao Y F，Nagai M，Chang T C，et al．Solution-Derived ZnO Nanowire Array Film as Photoelectrode in Dye-Sensitized Solar Cells［J］．Crystal Growth Design，2007，7（12）：2467-2471．
［10］Mehmet E E，Michael H C Jin．Effect of Flow Dynamics on the Growth Kinetics of CdS Thin Films in Chemical Bath Deposition［J］．Materials Chemistry and Physics，2012，133：779-783．
［11］杨定宇，朱兴华，魏昭荣，等．CdS多晶薄膜的制备与光学性质研究［J］．人工晶体学报，2010，39（增刊）：123-126．Yang D Y，Zhu X H，Wei ZＲ，et al．Preparation and Optical Properties of CdS Polycrystalline Thin Film［J］．Journal of Synthetic Crystals，2010，39（Supplement）：123-126．
［12］Ortega-BorgesＲ，Lincot D．Mechanism of Chemical Bath Deposition of Cadmium Sulfide Thin Films in the Ammoni-athiourea System［J］．Journal of the Electrochemical Society，1993，140（12）：3464-3473．
［13］Dona J，Herrero J．Chemical Bath Deposition of CdS Thin Films：an Approach to the Chemical Mechanism through Study of the Film Microstructure［J］．Journal of the Electrochemical Society，1997，144（11）：4081-4091．
［14］Martinez M A，Guillen C，Herrero J．Morphological and Structural Studies of CBD-CdS Thin Films by Microscopy and Diffraction Techniques ［J］．Applied Surface Science，1998，136（1-2）：8-16．
［15］Zhou L M，Hu X F，Wu S M．Effects of Deposition Temperature on the Performance of CdS Films with Chemical Bath Deposition［J］．Surface＆Coatings Technology，doi：10．1016/j．surfcoat．2012．06．047．
光电化学生物传感器的研究与应用
光电化学生物传感器的研究与应用 陈洪渊* 南京大学，南京，210093 *Email: hychen@https://www.wendangku.net/doc/787252830.html, 光电化学过程是指分子、离子以及固体物质在光的作用下，因吸收光子而使电子处于激发态继而产生电荷传递的过程。光电化学传感是基于物质的光电转化特性而建立起来的一种新兴的检测技术。待测物与光电化学活性物质之间的直接/间接相互作用，或者生物识别过程前后所产生的光电流（或光电压）的变化与待测物浓度之间的关系, 是光电化学传感定量的基础。在光电化学检测中，与电化学发光检测恰好相反，光被用作激发源来激发光活性物质，通过光激发所产生的电信号作为检测信号。由于采用不同能量形式的激发与检测信号，和电化学发光检测相同的是，光电化学传感的背景信号要比传统的电化学方法低。研究表明，在采用相同或类似的流程对同一种物质进行检测时，光电化学方法获得的检测限通常要比电化学方法低一个数量级。此外，由于利用电信号响应, 同传统的光学方法相比, 光电化学检测仪器设备简单、价格低廉且易于微型化。因此，这种方法在生物分析领域具有广阔的应用前景，近年发展十分迅速。随着研究的不断深入，可以预期，光电化学传感将在生物分子测定、环境监测、食品安全、新药研究和医学卫生等诸多领域发挥重要作用。目前，光电化学应用于生物传感器的各个主要研究方向，如DNA传感器、免疫传感器以及酶催化型传感器等方面都取得了迅速的发展。 本文将以本研究组现有相关工作为例，对光电化学生物传感的基本概念、原理与应用及当前的发展趋势作一扼要的评述，以期为光电化学生物传感器的进一步发展提供一定的启示。 参考文献 [1] Zhao W W, Yu P P, Xu J J, Chen H Y. Electrochem. Commun., 2011, 13, 495—497 [2] Zhao W W, Wang J, Xu J J, Chen H Y. Chem. Commun., 2011, 47, 10990—10992 [3] Zhao W W, Tian C Y, Xu J J, Chen H Y. Chem. Commun., 2012, 48, 895—897 [4] Zhao W W, Dong X Y, Wang J, Kong F Y, Xu J J, Chen H Y. Chem. Commun., 2012, 48, doi: 10.1039/C2CC17942C [5] Zhao W W, Ma Z Y, Yu P P, Dong X Y, Xu J J, Chen H Y. Anal. Chem., 2012, 84, 917—923
光电信号转换测试
实验报告：光电信号转换测试 一、实验目的 1、了解光电响应现象及光电响应的原理。 2、熟悉利用电化学手段测试光电响应的方法，能熟练的操作电化学工作站进行光电响应的测试。 二、实验内容 通过电化学的方法测试样品的光电相应参数，如记录光电流值，开路电压，计算样品的功率，并根据数据进行作图分析。 三、实验原理 光伏响应原理： P 型半导体（空穴多）和n 型半导体（电子多）相结合时，在其交界处形成p-n 结，p 区的空穴向n 区扩散，n 区的电子向p 区扩散，引起p 区荷负电，n 区荷正电，在p-n 交界面附近的一个区域（结区，或称耗尽区）内形成一电 图1(a) 太阳光辐照下的硅p-n 结太阳能带, 图1(b)太阳能电池的理想等效
场，称为内建电场，如图1（a）所示。图中左侧为n区，右侧为p区，纵坐 标为电子能量。电子能量越高，电势越低。n区电势比p区电势高，电场方向 由n区指向p区。当光电池受到太阳光照时，能量大于构成p-n结的半导体材料的禁带宽度Eg的光子将价带电子激发到导带，同时在价带中产生空穴，它 们都称为光生载流子。在p-n结的结区，光生电子和空穴被内建电场分别推到势垒的n、p区边沿，然后向各自的内部扩散，在两端形成电压，这就是光伏 效应。若在p-n结两端接入外电路，该光生电压就可形成电流。从外电路来看，发生光伏效应的那个p-n结就是一个电源，即光电池，如图1（b）所示。 四、材料与仪器 电化学工所站、太阳能电池。 五、实验步骤 1. 完成电化学工作站的测试电路的连接； 2. 点start开始测试，测量样品的光电响应曲线、暗态和光照下的开路电极电势，并记录所得的光电流以及开路电压，并计算样品的功率。 六、实验数据记录与分析 1. I-V特征曲线： 暗态：
光电倍增管使用特性
页眉内容 光电倍增管简介及使用特性 我们做化学发光的仪器检测部分都是用光电倍增管来检测我们化学反应所发出的微弱的光信号，我在这里给大家介绍一下光电倍增管的一些参数，仅供大家参考。 介绍 今天我们使用的光电器件中，光电倍增管（PMT ）是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。典型的光电倍增管如图1所示，在真空管中，包括光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极和电子收集极（阳极）的器件。 当光照射光阴极，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，通过进一步的二次发射得到倍增放大。放大后的电子被阳极收集作为信号输出。 因为采用了二次发射倍增系统，光电倍增管在可以探测到紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器件中具有极高的灵敏度和极低的噪声。光电倍增管还有快速响应、低本底、大面积阴极等特点。 下面将讲解光电倍增管结构的主要特点和基本使用特性。
结构 一般，端窗型（Head-on）和侧窗型（Side-on）结构的光电倍增管都有一个光阴极。侧窗型的光电倍增管，从玻璃壳的侧面接收入射光，而端窗型光电倍增管是从玻璃壳的顶部接收入射光。通常情况下，侧窗型光电倍增管价格较便宜，并在分光光度计和通常的光度测定方面有广泛的使用。大部分的侧窗型光电倍增管使用了不透明光阴极（反射式光阴极）和环形聚焦型电子倍增极结构，这使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。 端窗型（也称作顶窗型）光电倍增管在其入射窗的内表面上沉积了半透明光阴极（透过式光阴极），使其具有优于侧窗型的均匀性。端窗型光电倍增管的特点还包括它拥有从几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极。 端窗型光电倍增管中还有针对高能物理实验用的，可以广角度捕集入射光的大尺寸半球形光窗的光电倍增管。 电子倍增系统 光电倍增管的优异的灵敏度（高电流放大和高信噪比）得益于基于多个排列的二次电子发射系统的使用，它使电子低噪声的条件下得
分析化学第七章(重量分析法和沉淀滴定法)答案
重量分析法和沉淀滴定法 思考题 1.沉淀形式和称量形式有何区别？试举例说明之。 答：在重量分析法中，沉淀是经过烘干或灼烧后再称量的。沉淀形式是被测物与沉淀剂反应生成的沉淀物质，称量形式是沉淀经过烘干或灼烧后能够进行称量的物质。有些情况下，由于在烘干或灼烧过程中可能发生化学变化，使沉淀转化为另一物质。故沉淀形式和称量形式可以相同，也可以不相同。例如：BaSO4,其沉淀形式和称量形式相同，而在测定Mg2+时，沉淀形式是MgNH4PO4·6H2O，灼烧后所得的称量形式却是Mg2P2O7。 2．为了使沉淀定量完全，必须加人过量沉淀剂，为什么又不能过量太多? 答：在重量分析法中，为使沉淀完全，常加入过量的沉淀剂，这样可以利用共同离子效应来降低沉淀的溶解度。沉淀剂过量的程度，应根据沉淀剂的性质来确定。若沉淀剂不易挥发，应过量20%~50%；若沉淀剂易挥发，则可过量多些，甚至过量100%。但沉淀剂不能过量太多，否则可能发生盐效应、配位效应等，反而使沉淀的溶解度增大。 3．影响沉淀溶解度的因素有哪些？它们是怎样发生影响的？在分析工作中，对于复杂的情况，应如何考虑主要影响因素? 答：影响沉淀溶解度的因素有：共同离子效应，盐效应，酸效应，配位效应，温度，溶剂，沉淀颗粒大小和结构等。共同离子效应能够降低沉淀的溶解度；盐效应通过改变溶液的离子强度使沉淀的溶解度增加；酸效应是由于溶液中H+浓度的大小对弱酸、多元酸或难溶酸离解平衡的影响来影响沉淀的溶解度。若沉淀是强酸盐，如BaSO4，AgCl等，其溶解度受酸度影响不大，若沉淀是弱酸或多元酸盐[如CaC2O4、Ca3(PO4)2]或难溶酸（如硅酸、钨酸）以及与有机沉淀剂形成的沉淀，则酸效应就很显著。除沉淀是难溶酸外，其他沉淀的溶解度往往随着溶液酸度的增加而增加；配位效应是配位剂与生成沉淀的离子形成配合物，是沉淀的溶解度增大的现象。因为溶解是一吸热过程，所以绝大多数沉淀的溶解度岁温度的升高而增大。同一沉淀，在相同质量时，颗粒越小，沉淀结构越不稳定，其溶解度越大，反之亦反。综上所述，在进行沉淀反应时，对无配位反应的强酸盐沉淀，应主要考虑共同离子效应和盐效应；对弱酸盐或难溶酸盐，多数情况应主要考虑酸效应，在有配位反应，尤其在能形成较稳定的配合物，而沉淀的溶解度又不太大时，则应主要考虑配位效应。 4．共沉淀和后沉淀区别何在？它们是怎样发生的？对重量分析有什么不良影响？在分析化学中什么情况下需要利用共沉淀？ 答：当一种难溶物质从溶液中沉淀析出时，溶液中的某些可溶性杂质会被沉淀带下来而混杂于沉淀中，这种现象为共沉淀，其产生的原因是表面吸附、形成混晶、吸留和包藏等。后沉淀是由于沉淀速度的差异，而在已形成的沉淀上形成第二种不溶性物质，这种情况大多数发生在特定组分形成稳定的过饱和溶液中。无论是共沉淀还是后沉淀，它们都会
光电化学综述
光电化学传感器的应用研究进展 摘要：光电化学传感器是基于物质的光电转换特性确定待测物浓度的一类检测装置。光电化学检测方法灵敏度高、设备简单、易于微型化，已经成为一种极具应用潜力的分析方法。本文主要介绍光电化学传感器的工作机理、特点和应用，并对有代表性的实验进行了一定的讲述和总结。 关键词：光电化学；传感器 一、引言 20世纪70年代，人们就开始研究光照下半导体电极的电化学行为，并逐渐发展成为一门新学科——光电化学。目前，光电化学是当前电化学领域中十分活跃的一个研究方向，它是光伏打电池、光电催化、光解和光电合成等实际应用的基础。光电化学过程即光作用下的电化学过程，在光照射条件下，物质中电子从基态跃迁到激发态，进而产生电荷传递。与电化学反应相类似，在光电化学反应体系中也会产生电流的流动。因此，利用光电化学反应可以把光能转变成化学能或电能，通过其逆过程则可以把化学能或电能转换为光能。 待测物与光电化学活性物质之间的物理、化学相互作用产生的光电流或光电压的变化与待测物的浓度间的关系，是传感器定量的基础。以光电化学原理建立起来的这种分析方法，其检测过程和电致化学发光正好相反，用光信号作为激发源，检测的是电化学信号。和电化学发光的检测过程类似，都是采用不同形式的激发和检测信号，背景信号较低，因此，光电化学可能达到与电致化学发光相当的高灵敏度。由于采用电化学检测，同光学检测相比，其设备价廉。 二、光电化学的概述 1、光电化学的工作机理 要了解光电化学的工作原理，首先得研究光催化技术。光催化反应的本质是指在受光的激发后，催化剂表面产生的电子空穴对分别与氧化性物质和还原性物质相互作用的电化学过程。这里以半导体二氧化钛（TiO ）为例介绍一下光电化 2 学的工作原理。 半导体TiO 具有由价带和导带所构成的带隙，价带由一系列填满电子的轨道构 2 成，而导带是由一系列未填充电子的轨道所构成。当半导体近表面区在受到能量
碳纳米管、半导体纳米复合材料的光电化学特性及其应用
第23卷第8期2011年8月 化 学 进 展 PROGRESS IN CHEMISTRY Vol.23No.8 Aug.2011 收稿:2010年10月,收修改稿:2010年12月 ?国家自然科学基金项目(No.20773041,21043005)和教育部高等学校博士点基金项目(No.20070561008)资助 ??Corresponding author e?mail:zhangwd@https://www.wendangku.net/doc/787252830.html, 碳纳米管/半导体纳米复合材料的 光电化学特性及其应用 ? 王 娟 刘 颖 张伟德?? (华南理工大学化学与化工学院 广州510640) 摘 要 光电化学过程是在光作用下的电化学过程,它是光伏电池,光电催化等实际应用的基础,是当前十分活跃的研究领域。碳纳米管具有很高的热稳定性,良好的导电能力,大的比表面积,被认为是半导体纳米粒子的有效载体,其独特的一维结构可以为电子提供有效的传输路径。碳纳米管与半导体材料复合,能实现碳纳米管和半导体在结构和性能上的协同,近年来在光电化学领域受到了广泛的关注。本文基于国内外最新研究进展,结合本课题组的研究成果,综述了碳纳米管/半导体复合材料的光电协同作用机理及其在太阳能电池、光电催化降解污染物、光电协同分解水制氢领域中的应用。 关键词 碳纳米管 半导体 光电化学 协同作用 中图分类号:O649.4 文献标识码:A 文章编号:1005?281X(2011)08?1583?08 Photoelectrochemical Properties and Applications of Carbon Nanotubes /Semiconductor Nanocomposites Wang Juan Liu Ying Zhang Weide ?? (School of Chemistry and Chemical Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China) Abstract Photoelectrochemical process is an electrochemical process under light irradiation,which is a very active research field currently. It is also the base of practical applications for photovoltaic cells, photoelectrocatalysis and so on.The high performance photoelectrochemical devices are strongly dependent on advanced semiconductors or their nanocomposites with high quantum efficiency.On the other hand,because of their good chemical and thermal stability,high electrical conductivity and large surface area,carbon nanotubes (CNTs)have been used as effective supports for semiconductors,and their unique one?dimensional geometric structure provides effective transmission path for electrons. Moreover,carbon nanotube /semiconductor nanocomposites which have attracted great attentions usually exhibit synergistic effect for high photoeletrochemical response.The recombination of photo?induced electrons and holes will be restrained further with the applied bias voltage,thus facilitates the transfer of electrons to the external circuit.In this review paper,we summarize the progress of the recently published literatures and our findings on photoelectrochemical properties and applications based on carbon nanotubes /semiconductor nanocomposites. The enhancement mechanism for the high photoelectrochemical performance of the nanocomposites is discussed.The applications including solar cells, photoelectrochemical degradation of pollutants and splitting of water for hydrogen generation are introduced in details.The prospect and challenge to the material science and future applications are also discussed.
Zahner 光电化学测试系统
Zahner 光电化学测试系统 环球分析测试仪器有限公司
目录 1 前言 (3) 2 Zahner光电化学测试系统 (3) 2.1 CIMPS基本系统 (3) 2.1.1 CIMPS-CLV (5) 2.2 CIMPS系统的扩展 (5) 2.2.1 CIMPS-ABS (6) 2.2.2 CIMPS-PCS/IPCE (6) 2.2.3 CIMPS-DTR (8) 2.2.4 CIMPS-EMIT (9) 2.2.5 CIMPS-FIT (9) 2.3 CIMPS测试系统的原理和优势 (10) 3 评价太阳能电池的主要参数 (12) 3.1 EIS、PEIS (13) 3.2 IMPS和IMVS (13) 3.3 填充因子(FF) (13) 3.4 开路电压(V oc)、短路电流(J sc) (14) 3.5 最大输出功率(Pm)、转化效率(η) (14) 3.6电子收集时间(τc)、电子收集效率(ηc)、电子扩散系数(D n)和扩散长度 14 4 结论 (15)
1 前言 光电化学是当前十分活跃的研究领域。所谓光电化学过程，就是光作用下的电化学过程，即分子、离子及固体等吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程。正如电化学反应一样，光电化学反应体系也伴随着电流的流动。通常研究在电化学体系中涉及光能和化学能互相转换的各种过程，其中最常见的为通过光电化学反应把光能转变成化学(或电)能并伴随有在光照下的电化学电池中出现光电流的过程，及其逆过程即化学(或电)能转换为光能(电致化学发光)。 Zahner公司的CIMPS测试系统是基于Zennium或IM6电化学工作站并扩展专用的软硬件，被称为强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)。通过光电化学测试，可得出电子收集时间、电子收集效率、电子扩散系数和扩散长度等主要参数。 2 Zahner光电化学测试系统 Zahner的可控强度调制光电化学测试系统(简称CIMPS)，其最大的优势在于采用闭环控制技术调节和控制光强，从而避免了温度、时间、环境等各种因素的变化或者光源老化等原因造成实际光强不稳定带来的测量误差。 2.1 CIMPS基本系统 一套基本的CIMPS系统主要由五部分组成，包括：电化学工作站主机、外置恒电位仪、光感放大反馈系统、光源和光具座。如图1所示。而根据电化学 图1 基本CIMPS测试系统
电化学测试题及答案
电化学 1. pH ＝ a 的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液 的pH ＞a ，则该电解质可能是 （ ） A 、NaOH B 、H 2SO 4 C 、AgNO 3 D 、Na 2SO 4 2.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电 池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为： Zn(s)+2MnO 2(s)+H 2O(l)==Zn(OH)2(s)+Mn 2O 3(s) 下列说法错误．． 的是 （ ） A ．电池工作时，锌失去电子 B ．电池正极的电极反应式为：2MnO 2(s)+H 2O(1)+2e —=Mn 2O 3(s)+2OH —(aq) C ．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D ．外电路中每通过O.2mol 电子，锌的质量理论上减小6.5g 3.下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确．．． 的是（ ） A. a 电极是负极 B. b 电极的电极反应为：===---e OH 44↑+222O O H C. 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D. 氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型 发电装置 4.下图中能验证氯化钠溶液（含酚酞）电解产物的装置是D （ ） 5．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧 化钇（Y 2O 3）的氧化锆（ZrO 2）晶体，在熔融状态下能传导O 2—。下列对该燃 料电池说法正确的是 （ ） A ．在熔融电解质中，O 2— 由负极移向正极 B ．电池的总反应是：2 C 4H 10 + 13O 2→ 8CO 2 + 10H 2O C ．通入空气的一极是正极，电极反应为：O 2 + 4e — = 2O 2— D ．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C 4H 10 + 26e — + 13O 2—== 4CO 2 + 5H 2O
分析化学第五版题库试题选编(第九章重量分析法)
2 分(1001) 用重量法测定试样中钙含量时, 将钙沉淀为草酸钙, 高温(1100℃)灼烧后称量,则钙的换算因数为------------------------------------------------------------------------------------------------( ) A r(Ca) A r(Ca) (A) ─────(B) ────── M r(CaC2O4) M r(CaCO3) A r(Ca) M r(CaC2O4) (C) ────(D) ───── M r(CaO ) A r(Ca ) 2 分(1001) (C) 2分(1002) 1002 用重量法测定试样中的砷,首先使其形成Ag3AsO4沉淀,然后转化为AgCl,并以此为称量形式,则用As2O3表示的换算因数是-------------------------------------------------------------( ) (A) M r(As2O3)/M r(AgCl) (B) 2M r(As2O3)/3M r(AgCl) (C) 3M r(AgCl)/M r(As2O3) (D) M r(As2O3)/6M r(AgCl) 2分(1002) 1002 (D) 2 分(1003) 用重量法测定氯化物中氯的质量分数,欲使10.0mg AgCl沉淀相当于1.00％的氯,应称取试样的质量(g)------------------------------------------------------------------------------------ ( ) (A r(Cl) = 35. 5, M r(AgCl) = 143.3) (A) 0.1237 (B) 0.2477 (C) 0.3711 (D) 0.4948 2 分(1003) (B) 2分(1004) 1004 某石灰石试样含CaO约30％,用重量法测定其含量时,Fe3+将共沉淀。设Fe3+共沉淀的量为溶液中Fe3+含量的1％,则试样中Fe2O3的质量分数应不超过下列何数值时,所产生的误差才能≤0.1％---------------------------------------------------------------------------------------( ) (A) 3％(B) 1％ (C) 0.1％(D) 0.03％ 2分(1004) 1004 (A) 2分(1005) 1005 用重量法测定As2O3的含量时,将As2O3溶于NaOH溶液,处理为AsO43-,然后形成Ag3AsO4沉淀,过滤,洗涤,将沉淀溶于HNO3后,再以AgCl形式沉淀和称重,则换算因数表示为________________。 2分(1005) 1005 M r(As2O3)/6M r(AgCl)
光电化学I-t曲线制备样品及测试步骤
一、测试前的准备 FTO玻璃处理：依次用丙酮和去离子水清洗氟掺杂氧化锡（FTO）玻璃片（1cm×2.5cm）各15min，然后在空气中干燥。 工作电极的制备：5mg样品+一定量的N-甲基吡咯烷酮混合（一般为10ml），超声1h，得到悬浮液，将其涂布在FTO玻璃基板上（用滴管一滴一滴的加，尽量多但是不要流到玻璃片外面）。之后在50℃下干燥6h，得到膜厚相似的工作电极。电解液: 0.1M NaSO4（现配） 三电极：1.对电极：Pt电极；2.参比电极：Ag/AgCl（电极内部如果液体没有和内部的细长银丝接触，需要加入3M KCl溶液。时间较长后Ag发生氧化，且加入溶液处松动，因此参比电极应1-2月更换新的）；3：测试电极：在组装好三电极后将处理后的FTO玻璃夹入测试电极上，且导电面一侧与银片接触。 二、测试 设备：150W氙灯，测试仪器：CHI660E。 组装三电极：红色导线连接对电极，白色导线连接参比电极，绿色导线连接测试电极，并将窗口（玻璃容器上未用锡箔纸包裹的一小块透明区域）对准氙灯。测试步骤：开机，测试开路电压（操作步骤：control→open circuit petential）（开路电压一定为正，如果出现负值，可能的原因为：1.导电玻璃夹翻；2. 参比电极中的KC溶液不足；3. 三个电极未全部浸入电解液中。如果排除以上三个原因仍然未解决问题，请自行查找问题） 测试过程：切换模式为I-t（setup→technique→确定→I t Curve），之后设置测试时间（起始时间为0.01，停止时间为90s，停止时间可根据实际测试要求进行更改），测试开路电压（开路电压会一直变，只要测试结果没有大的变化就无所谓），将近似的开路电压填入，然后电极测试，使用以下模式进行斩光（斩光模式可适当改变）。 0关-10开-20关-30开-40关-50开-60关-70开-80关-90s 保存数据，保存2种数据类型，1：原始模式（为了使用原软件打开），2：表格模式（为了进行作图），在保存界面的前两种保存方式。 三、测试后的作图处理 由于开路电压的不同，经常会导致图形起点高度不同，在修正时，可将9秒（此处的电流信号较为稳定）或者45秒（此处为整体测试的中点）作为归一点。
光电参数
LED常用名词解释 1. 半导体：导电性能介于导体与绝缘体之间的称半导体. 2. 二极管：是一种半导体两极(两端)器件最基本的特性是单向导通. 3. LED：是发光二极管的缩写,英文全称为Light-emitting-Diode. 4. 亮度(IV)：每平方米表面沿法线方向产生一坎德拉的光强，其单位(mcd). 5. IR：指芯片处于反向电压时的漏电电流，单位(μA). 6. VF：驱动电路中，驱动发光二极管发光的电压，单位(V). 7. Tg点：即玻璃转移温度(Glass transion temperatrare)，当高分子材料由硬而脆 的玻璃之为Tg.状态转变成软而轫的橡胶状态时其温度范围. 8. 发光二极管：是一种具有两个电极端子，在电子间施加电压，通过电流会立即发光 的光电组件，是用PN结把电能转换成光能的半导体器件. LED的光电参数 1. If—Forward Current 正向电流单位：mA (毫安) 2. Vf—Forward Voltage 正向电压单位：V (伏) 3. Ir—Reverse Current 反向电流单位：μA (微安) 4. Vr—Reverse V oltage 反向电压单位：V (伏) 5. Vz—Reverse Through V oltage反向击穿电压单位：V (伏) 6. Wd—Dominant Wavelength 主波长单位：nm (纳米) 7. Iv—Luminous Intensny 发光强度单位：mcd(毫坎德拉) 8. Po—Radiant Power 发射功率单位：mW (毫瓦特) 9. VF—Forward V oltage 作用是规定供给LED的电压. 10.IR—Reverse Current 避免LED在反向电源供应器中漏电流过大而烧毁. 11.λP-Wavelength at peak emission 作用是光发射接收换组匹配用.波峰长. 12.Δλ-Speeuaal line half-width 作用是代表光的色纯度，波宽. 13.λd作用是代表人眼所看到光线的光泽主波长.注测试机测出的值λd LED 的正常使用测量条件及各个光电参数的正常范围. LED 的正常使用条件：If=20mA LED 的正常测量条件：If=20mA Vr=5V LED 各个光电参数的正常范围： Vf=1.2~1.6V(红外发射管) Vf=1.7~2.4V(红色黄色黄绿色橙色LED) Vf=2.8~3.8V(蓝色紫色纯绿色白色LED) Ir<10μA Iv根椐芯片的Ir及胶体形状对应的放大系数确定. Po根椐芯片的Po及胶体形状对应的放大系数确定. Wd范围： 紫外线~ 380nm 紫色380nm ~ 430nm 蓝色430nm ~ 480nm 青色480nm ~ 510nm 纯绿色510nm ~ 560nm 黄绿色560nm ~ 580nm
DNA_CdS纳米粒子复合体系的光谱和光电化学性质
［Ａｒｔｉｃｌｅ］ ｗｗｗ．ｗｈｘｂ．ｐｋｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 物理化学学报（ＷｕｌｉＨｕａｘｕｅＸｕｅｂａｏ） ＡｃｔａＰｈｙｓ．－Ｃｈｉｍ．Ｓｉｎ．，２００８，２４（５）：７４９－７５４ＭａｙＲｅｃｅｉｖｅｄ：Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２８，２００７；Ｒｅｖｉｓｅｄ：Ｆｅｂｒｕａｒｙ２１，２００８；ＰｕｂｌｉｓｈｅｄｏｎＷｅｂ：Ｍａｒｃｈ１７，２００８．＊ Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅｍａｉｌ：ｊｚｚｈｏｕ＠ｘｍｕ．ｅｄｕ．ｃｎ；Ｔｅｌ：＋８６５９２－２１８９６６３．国家自然科学基金（２０４３３０４０，２０４２３００２）资助项目 !ＥｄｉｔｏｒｉａｌｏｆｆｉｃｅｏｆＡｃｔａＰｈｙｓｉｃｏ－ＣｈｉｍｉｃａＳｉｎｉｃａ ＤＮＡ／ＣｄＳ纳米粒子复合体系的光谱和光电化学性质 陈巧琳 周剑章＊ 梁金玲 林玲玲 林仲华 （厦门大学化学化工学院化学系，固体表面物理化学国家重点实验室，福建厦门 ３６１００５） 摘要： 在水溶液中以ＤＮＡ作为模板和稳定剂，构筑了ＤＮＡ与ＣｄＳ纳米粒子复合体系（ＤＮＡ／ＣｄＳＮＰＣ），研究 ＤＮＡ的含量，单双链等对复合体系光电响应的影响，并综合ＴＥＭ，ＵＶ－Ｖｉｓ，ＩＲ和荧光光谱等对其形貌和光谱性 质进行表征．结果表明，ＣｄＳ纳米粒子（ＣｄＳＮＰｓ）与ＤＮＡ链之间主要通过静电作用结合；ＤＮＡ模板对ＣｄＳＮＰｓ的禁带宽度没有影响；以ＤＮＡ模板合成的ＣｄＳＮＰｓ具有较高的表面态密度，其对ＣｄＳＮＰｓ的荧光有增强作用，而对光电流响应有抑制作用，并且ＤＮＡ在复合体系中的含量影响荧光增强和光电流减弱的程度．该复合体系在荧光标记检测和ＤＮＡ的定量分析方面可能具有应用前景． 关键词：ＤＮＡ／ＣｄＳ纳米粒子复合体系； 光电化学性质；光谱性质 中图分类号： Ｏ６４６ ＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃａｎｄＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＤＮＡ／ＣｄＳ ＮａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ＣＨＥＮＱｉａｏ－Ｌｉｎ ＺＨＯＵＪｉａｎ－Ｚｈａｎｇ＊ ＬＩＡＮＧＪｉｎ－Ｌｉｎｇ ＬＩＮＬｉｎｇ－Ｌｉｎｇ ＬＩＮＺｈｏｎｇ－Ｈｕａ （ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆＳｏｌｉｄＳｕｒｆａｃｅｓ，ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉａｍｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｍｅｎ３６１００５，ＦｕｊｉａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤＮＡ／ＣｄＳｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ＤＮＡ／ＣｄＳＮＰＣ）ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｓｉｎｇｌｅｏｒｄｏｕｂｌｅｓｔｒａｎｄｓａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆＤＮＡｗｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｉｎａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆＤＮＡｏｎｔｈｅｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＤＮＡ／ＣｄＳＮＰＣｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄａｎｄｔｈｅｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＤＮＡ／ＣｄＳＮＰＣｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＴＥＭ，ＵＶ－Ｖｉｓ，ＩＲ，ａｎｄｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＣｄＳｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ（ＣｄＳＮＰｓ）ｗｅｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈＤＮＡｓｔｒａｎｄｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ；ＤＮＡｔｅｍｐｌａｔｅｓｄｉｄｎｏｔａｆｆｅｃｔｔｈｅｂａｎｄｇａｐｏｆＣｄＳＮＰｓ；ＤＮＡ－ｔｅｍｐｌａｔｅｄＣｄＳＮＰｓｈａｄａｈｉｇｈｅｒｄｅｎｓｉｔｙｏｆｓｕｒｆａｃｅｓｔａｔｅｓｔｈａｎｔｈａｔｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｂｙＮａ４Ｐ２Ｏ７，ｗｈｉｃｈｅｎｈａｎｃｅｄｔｈｅｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＰＬ）ｉｎｔｅｎｓｉｔｙｗｈｅｒｅａｓｒｅｓｔｒａｉｎｅｄｔｈｅｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆＣｄＳＮＰｓ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｒｅｗａｓｃｅｒｔａｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙｏｆｂｏｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＰＬｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｏｎＤＮＡｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｉｎＤＮＡ／ＣｄＳＮＰＣ．ＴｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｈｏｐｅｆｕｌｆｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｂｏｔｈｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｔａｇｇｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓａｎｄｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆＤＮＡ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ： ＤＮＡ／ＣｄＳｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ；Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙ ＤＮＡ和半导体纳米粒子通过合适整合而构筑的具有协同功能和性质的生物纳米系统———ＤＮＡ／半导体纳米粒子复合体系，近年来逐渐成为研究的热点，其在纳米电子器件和生物传感器的研发，以及在生物学研究和医学诊断上，均具有重要意义．关于ＤＮＡ／半导体纳米粒子复合体系的研究主要包括两大方面：其一是从ＤＮＡ分子的刚性结构出发，以ＤＮＡ作为模板构筑半导体纳米粒子链或纳米线［１－５］，主要作为纳米电子器件的材料；或是从碱基互补配对的性质出发，构建图形化二维或三维网络模板，以 ７４９
电化学测试方法
电化学测试一般步骤： 1. 玻璃仪器、对电极清洗 三口电解池，棕色容量瓶（高氯酸），容量瓶（硫酸），烧杯，移液管先用自来水冲洗干净后，加入洗洁精放在超声池中超声半小时，再用自来水冲洗3-4次，然后用超纯水冲洗3-4次，沥干，放入铬酸清洁液24h以上，取出后用超纯水清洗3-4次，再存放在1M的硝酸溶液中，用前取出用超纯水冲洗3次，晾干。 Pt对电极清洁，在1M硝酸溶液中扫2次C乂或，50圈,200mV/S，扫完一次之后再更换溶液接着再扫，直到氢的吸脱附区形状,10圈，，200mV/S）（3个特征峰全出），用完之后再放置在1M硝酸溶液中保存。 碳棒电极，先清洗，然后在1M硝酸溶液中扫CV（或，50圈）， 用完之后再放置在11M硝酸溶液中保存。 2. HCI04L）溶液配置 现配现用。取1L的棕色容量瓶，用超纯水清洗多遍（至少3遍），用干净并且干燥的移液管移取8ml %优级纯高氯酸（进口的高氯酸，3个月用完，分解出氯离子）至容量瓶中，定容。 买一个pH计。 3. 参比校正 所有的电解池、参比电极、对电极在测试前用L HClO4润洗3 次。在含有电解液的五口烧瓶中通氢气1h至饱和，以Pt丝为对电极和工作电极，待校正参比电极为参比电极，（1）直接读三电极体系的开路电压，开路电压就是参比电极的电位；（2）扫CV先测开路 电压，然后在开路电压正负10mV区间来扫CV扫描速度1mV/s，电压稳定时电流为0处所对应的电压值为参比电极校正电位。
参比电极应每天测试前校正防止电位漂移。 4. 工作电极准备 抛光粉和麂皮 电极打磨处理，最细的AI2O3,走8字30次，水洗、硝酸洗、碱洗、醇洗，盖帽子，照出人影。 墨水滴制备：称量2mg催化剂样品放入试管中，再用移液枪加入800微升乙醇和5微升5%Nafion溶液，超声混合30min-60min，到样品均匀分散到溶液中为止。（以20%?业Pt/C，载量为5ug为例） 墨水滴制备：称量2mg催化剂样品放入试管中，再用移液 枪加入800微升乙醇，超声混合30min-60min，到样品均匀分散到溶液中为止。再滴1滴％勺Nafion到电极表面。（以20%?业Pt/C，载量为5ug为例） 催化层涂覆：用移液枪移取10卩L混合液，分多次涂覆在玻碳电极表面，干燥后待用。（如下图） 表面有气泡:
石墨烯的光电特性及应用
石墨烯的光电特性及应用 发表时间：2018-05-22T16:11:26.693Z 来源：《基层建设》2018年第4期作者：葛正源 [导读] 摘要：石墨烯独特的光电特性吸引了许多领域中的学者进行研究，在纳米材料领域这种材料更是有着很大的关注力度。 北京送变电有限公司北京 102401 摘要：石墨烯独特的光电特性吸引了许多领域中的学者进行研究，在纳米材料领域这种材料更是有着很大的关注力度。有关学者也语言石墨烯在未来可能代替硅化材料，发展成为电子元件发展的重要部件，本文也综述了这种物质的光电特性及其应用。 关键词：石墨烯；光电特性；应用 一、石墨烯概述 石墨烯是科学家最早发现的一种具有稳定二维结构碳的材料，是一种理想的二维碳质晶体。理想的石墨烯结构是平面六边形点阵，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，它是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面状薄膜。石墨烯是碳的多种形态中的基本结构单元，单层石墨烯只有一个碳原子的厚度，即0.335nm，碳的其他存在形态为碳纳米管、石墨、富勒烯、金刚石（图 1）。石墨烯是已知自然界稳定存在的最薄的材料，并且具有极大的比表面积、超高的导热率、超强的导电性和强度等优点，因此其拥有良好的应用和市场前景。 2004年英国曼彻斯特大学的2位物理科学家——安德烈?海姆教授（Geim）和康斯坦丁?诺沃肖洛夫教授（KonstantinNovoselov），在实验室中成功从天然石墨片中第一次剥离出了具有二维结构的石墨烯，从而证明了二维材料在自然状态下可以单独存在，因这个革命性和颠覆性的发现，2位教授共同在2010年获得诺贝尔物理学奖。在此背景下，石墨烯的众多方向研究如火如荼的展开，并且迅速在全球范围里掀起了石墨烯制备、石墨烯复合技术和材料、石墨烯下游产品等的研究热潮。石墨烯材料超强的物理、化学和机械等主要特性如图2所示。 目前石墨烯的制备方法主要分为“自下而上（down-up）”和“自上而下（up-down）”2大类方法。而“自下而上（down-up）”法是通过碳原子的重构来合成石墨烯材料，是从一种形态到另一种形态的转变，它包括化学气相沉积法（CVD）、外延生长法、有机合成法等。“自上而下（up-down）”法是通过剥离天然石墨材料来制备石墨烯片层，可以分为物理法和化学法，如微波机械剥离法、物理液相剪切分离法、电弧法、氧化还原法、超临界法、碳纳米管轴向切割法等。 基于石墨烯材料具有独特的二维结构和优异的电学、光学、机械、声学、电化学、力学、热学等性能，它是极具发展前景和潜力的电池电极材料。目前把石墨烯做为电池导电剂是石墨烯研究的一个热点方向。 图2石墨烯的主要物理化学特征 二、石墨烯材料主要特性 1、石墨烯的电学性质 石墨烯是由sp2杂化的碳原子构成，这种构成方式会多出一个p轨道的电子，从而形成大π键，π电子可以自由的移动，这赋予了石墨烯优异的电子学性能。石墨烯原子与原子之间的引力和排斥力都很强，在常温状态，石墨烯内部的电子很少会受到外部影响，电子在移动时不容易产生散射现象，迁移率是硅中电子的130倍，其电导率达到了106S/m，是常温下导电性最佳的材料。另外石墨烯还具有半金属特性，它的导带和价带之间有一部分是重叠的。利用这一特性，人们已经开始试着把石墨烯应用到高性能的场效应管中。现制造大面积的石墨烯薄膜的技术已经比较成熟，这加大了它在电子信息领域应用的可能性。石墨烯晶格具有六方对称性。 2、石墨烯的光学性质 石墨烯有着非常优良的透光性，在近红外，以及可见光波段的透光率，单层石墨烯可高达98%。在可见光区，单原子层厚度的石墨烯所反射的光小于入射光的0.1%，当达到数十层时，会上升到2%左右。Li等人对石墨烯进行了研究，利用700—8000cm1谱段，发现石墨烯内部结构中存在多子交互作用（Many—BodyInteractions）。石墨烯是一种“光学透明”的导体，具有稳定的晶格结构，电子在石墨烯上以恒定的速率移动，石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。石墨烯里电子的有效质量为零，这和光子的行为极为相似。 三、石墨烯光电应用领域 1、光电探测器 光电的探测是将光能信号转换为电流信号。传统的光电检测都是基于传统半导体材料进行的，这些检测器的性能会因为材料属性的限制而改变。和传统的半导体材料相比较，石墨烯没有能带的间隙，可以吸收的光范围也是较大的。除此之外，过高的载电子迁移率让石墨烯成为科学家眼中制作光电探测器的优异材料。 最近几年，学者Ecthermeyer等人利用金属的等离子体和石墨烯进行结合，这种方法所得出的结构是和石墨烯光电探测的光电流一致的，而且这比较于没有等离子纳米结构的元件来说要高出一个数量级。而且因为等电子体产生一定的共振，纳米结构的稳定性被大大提高，单层原子厚度的石墨烯可以全面的受到这种等离子体的增强。 2、透明导体 所谓透明导体，是指由触摸屏、二极管以及太阳能电池组成的，对于表面电阻和透明度要求较高的器件的核心组件。作为电极的设备
分析化学第八章 重量分析法
第八章 重量分析法 § 8 – 1 重量分析法的特点和分类 在重量分析法中，一般是采用适当方法，先使被测组分与试样中其它组分分离后，经过称量得到被测组分的质量，并计算其百分含量。待测组分与试样中其它组分分离的方法，常用的方法有沉淀法和气化法等。 1、沉淀法 ：利用沉淀反应使被测组分生成溶解度很小的沉淀，将沉淀过滤，洗涤后，烘干或灼烧成为组成一定的物质，然后称其质量，再计算被测组分的含量。这是重量分析的主要方法。例如 ：测定BaCl 2· BaCl 2·2H 2 BaSO BaSO 4—→2、气化法 : 用加热或其它方法使试样中被测组分气化逸出，然后根据气体逸出前后试样质量之差来计算被测组分的含量，例如：要测定氯化钡晶体中（BaCl 2·2H 2O ）结晶水的含量，可准确称取一定质量的氯化钡试样，加热，使水分逸出，根据加热前后氯化钡质量的变化可得出试样中水分的含量：H 2O%=[试样重（1）—试样重（2）] / 试样重（1） 100% 重量分析法中全部数据都是由分析天平称量之后得来的，因而误差小于容量分析的误差。对高含量组分的测定，一般测定的误差≤0.1%，其缺点是：操作较繁琐，费时较多，
对低含量组分的测定误差较大。 重量分析法中以沉淀分析法应用最广。沉淀法是根据沉淀的质量来计算试样中被测组分的含量的，因此要求被测组分必须沉淀完全，而且所得沉淀必须纯净。这是重量沉淀法的关键问题。为了达到沉淀完全和纯净的目的，必须掌握沉淀的性质和适宜的沉淀条件。这是本章讨论的中心问题。§ 8 – 2 沉淀重量分析法对沉淀的要求 往试液中加入适当的沉淀剂，使被测组分沉淀出来，所得的沉淀称为沉淀形式。沉淀经过滤、洗涤、烘干或灼烧之后，得到称量形式。然后再由称量形式的化学组成和质量，便可算出被测组分的含量。沉淀形式与称量形式可以相同，也可以不相同。例如测定Cl-时，加入沉淀剂AgNO3，得到AgCl沉淀，烘干后仍为AgCl。测定钡盐中Ba%时，加入稀H2SO4为沉淀剂，得到BaSO4沉淀，烘干后仍为BaSO4，此时沉淀形式和称量形式相同。在测定Mg2+时，沉淀形式为MgNH4PO4，经灼烧后得到称量形式为Mg2P2O7。再例如Ca2+的测定中，沉淀形式是CaC2O4·H2O,灼烧后得到的称量形式是CaO，沉淀形式在灼烧过程中发生化学变化。 1、对沉淀形式的要求 （1）沉淀的溶解度要小，要求测定的溶解损失不应超过天平的称量误差。一般要求溶解损失应小于0.2mg （2）沉淀必须纯净，不应混进沉淀剂和其它杂质。