一種測(cè)定膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜的光譜電化學(xué)傳感復(fù)合探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的一種測(cè)定膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜的光譜電化學(xué)傳感復(fù)合探頭，可用于光電化學(xué)測(cè)試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有量子尺寸效應(yīng)、介電限域效應(yīng)、多載流子生成與可分離特征，因此，以量子點(diǎn)作為敏化劑的量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池(QDSSC)理論效率可達(dá)到66%【Anders Hagfeldt, Gerrit Boschloo, Licheng Sun, Lars Kloo, Henrik Pettersson.Dye-Sensitized Solar Cells.Chem.Rev.，2010，110，6595-6663】，這一特征使得量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池具有重要的研宄價(jià)值與應(yīng)用潛力。量子點(diǎn)的能帶隨形狀尺寸可調(diào)也為QDSSC帶來(lái)了更多的材料選擇和新結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的空間，QDSSC可通過(guò)選擇不同能帶的量子點(diǎn)及控制粒徑的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)吸光波長(zhǎng)的可控調(diào)節(jié)，同時(shí)提高激子的濃度。在QDSSC的研宄中，電解質(zhì)氧化還原電對(duì)電位與氧化態(tài)染料分子能級(jí)之間的不匹配是造成電池開(kāi)路電壓和總體效率偏低的主要原因。因此，準(zhǔn)確測(cè)定量子點(diǎn)在模擬電池環(huán)境下的絕對(duì)能級(jí)位置【Zhong，H.;Lo, S.S.；Mirkovic, T.；Li, Y.；Ding, Y.；Li, Y.；Scholes, G.D.ACS Nano2010, 4, 5253.do1:10.1021/nnl015538】，選取能與電池電解質(zhì)能級(jí)匹配的量子點(diǎn)材料對(duì)于提高光電池轉(zhuǎn)換效率具有重要意義。
[0003]目前測(cè)試膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜光譜的裝置的受光面大多為圓弧面，但是圓弧的凸面對(duì)于光的傳輸不利，傳感模式有限，靈敏度不高(只能測(cè)定大于nA級(jí)光電流)，而且光源的光程難以確定。在光電化學(xué)方法中，由于光電流信號(hào)由界面反應(yīng)而產(chǎn)生，故電極的真實(shí)表面積與光電流信號(hào)緊密相光，而常規(guī)膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜的受光面積難以控制，致使測(cè)試的可控性及實(shí)驗(yàn)重復(fù)性差。測(cè)試光譜電化學(xué)的石英光度池上部孔穴頂板多為正方形，雖然能夠牢固固定電極位置，但是不能調(diào)節(jié)工作電極受光面的角度【焦奎，呂剛，孫偉，楊濤，吳俊峰，紫外可見(jiàn)薄層光譜電化學(xué).青島化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，22 (3)，0201-0209】。另外，石英光度池的底端的薄層腔體，腔體狹小，難以清洗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種測(cè)定膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜的光譜電化學(xué)傳感復(fù)合探頭，旨在使其可以實(shí)現(xiàn)膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜光譜數(shù)據(jù)和電化學(xué)數(shù)據(jù)的同時(shí)采集，同時(shí)靈敏度高、可控性好且重復(fù)性好。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題，采用如下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明測(cè)定膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜的光譜電化學(xué)傳感復(fù)合探頭，其特點(diǎn)在于:設(shè)置一石英光度池，在石英光度池內(nèi)設(shè)置有宏量溶液測(cè)試腔體和連通在所述宏量溶液測(cè)試腔體下方的薄層腔體，在所述薄層腔體的底部、位于所述石英光度池的側(cè)壁上設(shè)置有毛細(xì)管接口，在所述毛細(xì)管接口內(nèi)插入有毛細(xì)管，所述毛細(xì)管一端與薄層腔體連通，另一端伸出在石英光度池外；
[0007]在所述石英光度池的上端面設(shè)置有一用于卡固圓形蓋板的圓形蓋板孔；在所述圓形蓋板上設(shè)置有三個(gè)分別用于插入工作電極、對(duì)電極和參比電極的電極插孔；
[0008]在所述石英光度池外設(shè)置有用于使宏量溶液測(cè)試腔體接收光的上光路通道和用于使薄層腔體接收光的下光路通道，所述下光路通道的方向位于所述薄層腔體的厚度方向；在所述上光路通道上、沿所述上光路通道的切面方向設(shè)置有用于插入聚四氟乙烯膠墊的膠墊插口，在所述聚四氟乙烯膠墊上設(shè)置有多個(gè)不同孔徑的透光孔，所述透光孔用于控制所述宏量溶液測(cè)試腔體的受光面積；
[0009]在所述石英光度池外、與所述上光路通道呈十字的方向上設(shè)置有用于接收宏量溶液測(cè)試腔體的光信號(hào)的光纖接口 a ;在所述石英光度池外設(shè)置有與所述下光路通道的中軸線在同一直線的光纖接口 b，所述下光路通道和所述光纖接口 b位于所述薄層腔體的兩側(cè)，所述光纖接口 b用于接收薄層腔體的光信號(hào)；
[0010]在所述石英光度池外設(shè)置有遮光罩殼。
[0011]本發(fā)明測(cè)定膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜的光譜電化學(xué)傳感復(fù)合探頭，其特點(diǎn)也在于:所述遮光罩殼為一整體式聚四氟乙烯罩殼；所述上光路通道和所述下光路通道皆為設(shè)在聚四氟乙烯罩殼上的中空腔；所述光纖接口 a和所述光纖接口 b皆是從石英光度池外壁延伸至所述聚四氟乙烯罩殼外壁的孔；在所述聚四氟乙烯罩殼上向下設(shè)置有用于容納毛細(xì)管的貫通槽。
[0012]所述毛細(xì)管接口共兩個(gè)，分別對(duì)稱設(shè)置在薄層腔體的兩側(cè)，且中軸線垂直于所述薄層腔體的厚度方向。
[0013]本發(fā)明的復(fù)合探頭不僅可以用于膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜的光譜電化學(xué)傳感測(cè)試，還能用于對(duì)光電活性材料(如半導(dǎo)體材料)實(shí)現(xiàn)原位光譜電化學(xué)測(cè)試，紫外可見(jiàn)吸收信號(hào)、熒(磷)光信號(hào)、溶液體系電致發(fā)光以及光生電流信號(hào)的采集。
[0014]下光路通道的直徑為0.5cm,上光路通道直徑為1.0cm,長(zhǎng)度皆為1cm，即控制光源到宏量溶液測(cè)試腔體和薄層腔體的光程為1.0cm。下光路通道和上光路通道分別正對(duì)與石英光度池的薄層腔體和宏量溶液測(cè)試腔體，可以保證光程、光強(qiáng)的準(zhǔn)確性，獲得高的測(cè)定重現(xiàn)性。
[0015]聚四氟乙烯膠墊上設(shè)置有多個(gè)不同孔徑的透光孔(含直徑分別為0.50cm、
0.40cm,0.30cm,0.20cm,0.1Ocm及0.060cm的透光孔)，可準(zhǔn)確控制宏量溶液測(cè)試腔體的受光面積；
[0016]宏量溶液測(cè)試腔體的尺寸1.0cmX 1.0cmX 2.0cm,薄層腔體的尺寸
1.0cmX0.1cmX0.5cm薄層腔體僅能夠儲(chǔ)存微量電解液，該電解液能被電極反應(yīng)快速消耗掉，形成物質(zhì)耗竭性電解。
[0017]與薄層腔體的下方相連通設(shè)置有毛細(xì)管接口，在毛細(xì)管接口內(nèi)插入毛細(xì)管；該毛細(xì)管不僅可以實(shí)現(xiàn)微量溶液的輸入和輸出，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)在薄層腔體的在線傳檢測(cè)，還可滿足薄層腔體的清洗，同時(shí)對(duì)于溶液中含氧量有特殊的要求的溶液可實(shí)現(xiàn)輸入惰性氣體(n2、He)鼓泡除氧的功能。
[0018]石英光度池的頂端采用圓形孔設(shè)計(jì)，安裝圓形蓋板，可根據(jù)工作電極(如ITO電極、各種貴金屬網(wǎng)柵電極)受光面受光角度的測(cè)試需求進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，比方形孔穴頂板只能調(diào)節(jié)工作電極更為方便、易操作，測(cè)試數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。
[0019]本發(fā)明的裝置可以實(shí)現(xiàn)膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜光譜數(shù)據(jù)和電化學(xué)數(shù)據(jù)的同時(shí)采集，能夠?qū)ㄗ贤?可見(jiàn)吸收譜、熒光光譜、電致發(fā)光譜、光電流響應(yīng)譜、衰減譜及量子點(diǎn)電子能級(jí)絕對(duì)位置的測(cè)定基于一體，形成一種多功能光譜電化學(xué)復(fù)合傳感探頭，操作方便，可控性好，測(cè)試靈敏度高。
[0020]本發(fā)明的裝置通過(guò)在上光路通道入口處安裝光源，可以對(duì)宏量溶液測(cè)試腔體進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)(如常規(guī)的紫外吸收光譜、熒光光譜和磷光光譜)和電化學(xué)數(shù)據(jù)的同時(shí)采集(如量子點(diǎn)的電致發(fā)光)；通過(guò)在下光路通道入口處安裝光源，可以對(duì)薄層腔體中的溶液進(jìn)行耗竭性電解，實(shí)現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)和電化學(xué)數(shù)據(jù)的同時(shí)采集(如紫外-電化學(xué)譜圖)，一池多用，節(jié)省成本。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明測(cè)定膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜的光譜電化學(xué)傳感復(fù)合探頭的正視圖；
[0022]圖2為本發(fā)明測(cè)定膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜的光譜電化學(xué)傳感復(fù)合探頭的側(cè)視圖；
[0023]圖3為本發(fā)明測(cè)定膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜的光譜電化學(xué)傳感復(fù)合探頭的俯視圖；
[0024]圖4為本發(fā)明測(cè)定膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜的光譜電化學(xué)傳感復(fù)合探頭中圓形蓋板的示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明測(cè)定膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜的光譜電化學(xué)傳感復(fù)合探頭中聚四氟乙烯膠墊的示意圖；
[0026]圖6為實(shí)施例1中利用本發(fā)明探頭所測(cè)定的不同反應(yīng)溫度、不同反應(yīng)時(shí)間Hot-bubbling方法合成CdS量子點(diǎn)的紫外吸收光譜；
[0027]圖7為實(shí)施例2中利用本發(fā)明探頭所測(cè)定的CdS量子點(diǎn)的熒光光譜；
[0028]圖8為實(shí)施例3中利用本發(fā)明探頭所測(cè)定的Cd6P7量子點(diǎn)薄膜的熒光光譜和電致發(fā)光譜；
[0029]圖9(a)為實(shí)施例4中利用本發(fā)明探頭所測(cè)定的Cd6P7 (1.0mg -πιΓ1)量子點(diǎn)能帶的循環(huán)伏安圖，圖9(b)為由(a)圖計(jì)算得到的Cd6P7量子點(diǎn)能帶圖，導(dǎo)帶和禁帶分別以(■)、
(□)表示；
[0030]圖10為實(shí)施例5中利用本發(fā)明探頭所測(cè)定的熒光發(fā)射峰635nm的ZnOOZn3P2NCs-1TO的光電流響應(yīng)。
[0031]圖中標(biāo)號(hào):1圓形蓋板孔、2宏量溶液測(cè)試腔體、3光纖接口 a、4光纖接口 b、5毛細(xì)管、6貫通槽、7薄層腔體、8下光路通道、9上光路通道、10膠墊插口、11聚四氟乙烯罩殼、12石英光度池、13圓形蓋板、13a電極插孔、14聚四氟乙烯膠墊、14a透光孔。
【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖1、2及3所示，本發(fā)明測(cè)定膠體態(tài)量子點(diǎn)薄膜的光譜電化學(xué)傳感復(fù)合探頭的結(jié)構(gòu)為:設(shè)置一石英光度池12，在石英光度池12內(nèi)設(shè)置有宏量溶液測(cè)試腔體2和連通在宏量溶液測(cè)試腔體2下方的薄層腔體7，在薄層腔體7的底部、位于石英光度池的側(cè)壁上設(shè)置有毛細(xì)管接口，在毛細(xì)管接口內(nèi)插入有毛細(xì)管5，毛細(xì)管5 —端與薄層腔體7連通，另一端伸出在石英光度池外；毛細(xì)管接口共兩個(gè)，分別對(duì)稱設(shè)置在薄層腔體7的兩側(cè)，且中軸線垂直于薄層腔體7的厚度方向。
[0033]在石英光度池的上端面設(shè)置有一用于卡固圓形蓋板13的圓形蓋板孔I ;如圖4所示，在圓形蓋板13上設(shè)置有三個(gè)分別用于插入工作電極、對(duì)電極和參比電極的電極插孔13a ；
[0034]在石英光度池外設(shè)置有用于使宏量溶液測(cè)試腔體2接收光的上光路通道9和用于使薄層腔體7接收光的下光路通道8，下光路通道8位于所述薄層腔體7的厚度方向；在上光路通道9上、沿上光路通道9的切面方向設(shè)置有用于插入聚四氟乙烯膠墊14的膠墊插口10，如圖5所示，在聚四氟乙烯膠墊14上設(shè)置有多個(gè)不同孔徑的透光孔14a，透光孔14a用于控制宏量溶液測(cè)試腔體2的受光面積；
[0035]在石英光度池外、與上光路通道9呈十字的方向上設(shè)置有用于接收宏量溶液測(cè)試腔體2的光信號(hào)的光纖接口 a3 ;在石英光度池外設(shè)置有與下光路通道8的中軸線在同一直線的光纖接口 b4，下光路通道8和所述光纖接口 b4位于所述薄層腔體7的兩側(cè)，光纖接口b4用于接收薄層腔體7的光信號(hào)；
[0036]在所述石英光度池外設(shè)置有遮光罩殼。具體的，遮光罩殼為一整體式聚四氟乙稀罩殼11 ;上光路通道9和下光路通道8皆為設(shè)在聚四氟乙烯罩殼上的中空腔；光纖接口 a3和光纖接口 b4皆是從石英光度池外壁延伸至聚四氟乙烯罩殼11外壁的