一种利用熵效应促使吸热能量转移发生的方法

1.本发明涉及一种利用熵效应促使吸热能量转移发生的方法，通过增加量子点表面配体的数目，使得熵变(δs)增加。


背景技术：

2.在能量转移的过程中，驱动力来自于δg，根据热力学第二定律(δg＝δh-tδs)，在一些吸热能量转移的体系中(焓变大于零，δh》0)，通过增大熵变(δs)能将能量转移变成自发的放热过程(吉布斯自由能减小，δg《0)。从而促使一些原本热力学不允许的反应发生。热力学第二定律表明δg＝δh-tδs，驱动力不仅仅来自于焓的变化，同时也来自于熵的改变，在量子点-配体分子的体系中，能通过调控配体分子的数目来进行对δs大小的调控，增大δs还能使得原本δh》0的吸热反应变成δg《0的放热反应，使得一些原本热力学上不易发生的过程变得能够发生。作为优选方案，将第一激子吸收峰位于480nm(正方体量子点的边长为4.5nm)的cspbbr3量子点表面修饰500个配体，实现了从cspbbr3量子点激子态(2.58ev)到1-萘甲酸配体(2.62ev)的高效三线态能量转移。而当量子点的边长小于4.3nm的情况下，其激子态的能级就会高于1-萘甲酸的三线态能级，所以本身的焓变(δh《0)就能驱动能量转移的发生。


技术实现要素：

3.本发明旨在通过调控能量转移中的熵变来促使吸热能量转移的发生。
4.所述的利用熵效应促使吸热能量转移发生的方法，是通过调控cspbbr3量子点的表面的配体数目来实现的。
5.所述的基于熵效应定量调控激发态寿命和吸热能量转移的方法，cspbbr3量子点的表面配体分子为三线态能量处于2.6-3.2ev的配体分子，包括1-萘甲酸、2-萘甲酸、胡椒酸和联苯酸。
6.所述的基于熵效应定量调控激发态寿命和吸热能量转移的方法，一个cspbbr3量子点的表面配体分子为1-1000个。
7.作为优选方案，本发明采用500个1-萘甲酸结合第一激子吸收峰位于480nm的cspbbr3量子点的体系(正方体量子点的边长为4.5nm)，实现了从cspbbr3量子点到1-萘甲酸三线态的高效的能量转移。经过计算其能量转移效率为60％。
附图说明
8.图1，利用熵效应促使吸热能量转移发生的方法的原理图。nc-mm代表一个量子点接了m个分子，nc
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代表量子点被光激发之后产生的高激发态，3m
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代表处于三线态的分子，δh代表焓变，δs代表熵变，t代表温度；
9.图2，第一激子吸收峰位于480nm的cspbbr3量子点接500个1-萘甲酸条件下的瞬态荧光衰减曲线。
具体实施方式
10.本发明通过实施例和附图做进一步说明。
11.实施例
12.将0.25g cs2co3,、0.8ml油酸和0.8ml油胺加入9ml十八烯(ode)中在真空搅拌的条件下加热到150摄氏度，作为cs源。在三口烧瓶中加入0.22g pbbr2、0.5g znbr2和10ml ode，在真空加热条件下将温度升至120摄氏度，注入9ml油酸和9ml油胺，然后将温度降至120摄氏度，反应温度为120摄氏度的条件下注入1ml cs源，反应90s后迅速将三口瓶放入冰水混合物中将反应体系的温度降至室温，然后原液以7830转离心5分钟，取上清液，然后将7ml丙酮加入上述溶液，溶液出现浑浊，将该溶液再次以7830转离心3分钟，获得的沉淀用5ml正己烷溶解，上清液再重复上述加正己烷溶解、加丙酮离心的步骤3次，每次得到的沉淀都用5ml正己烷溶解，得到的这些溶液就是cspbbr3量子点，将以上的溶液装在1mm的石英比色皿中测试紫外-可见吸收，将以上的溶液装在1mm的石英比色皿中测试紫外-可见吸收，通过比较紫外可见吸收来确定量子点的浓度，第一激子吸收峰位于480nm的量子点(正方体量子点的边长为5nm)浓度为1μmol/l时在400nm处的吸光度为0.33(1mm比色皿的测试结果)，根据朗伯比尔定律可以算出制备的量子点的浓度，上述制备的量子点的浓度为200μm。
13.取10μmol/l第一激子吸收峰位于480nm的cspbbr3量子点5ml，取1-萘甲酸粉末0.0055g(25μmol)加入体系中超声5分钟，使1-萘甲酸粉末完全溶解，获得1-萘甲酸和cspbbr3量子点摩尔比为500:1的溶液，取上述溶液1ml，加入2ml正己烷将其稀释3倍，将上述溶液放入手套箱里敞口放置1小时除去氧气，然后放在密闭的容器中测试其荧光寿命。
14.取1μmol/l第一激子吸收峰位于480nm的cspbbr3量子点溶液和1μmol/l第一激子吸收峰位于480nm的cspbbr3/1-萘甲酸(1:500)量子点溶液放置于1cm的比色皿中分别测试其荧光寿命，采用荧光光谱仪测试(爱丁堡仪器；fls 1000-stm)。
15.在测试纯量子点溶液(量子点的浓度为1μmol/l)的情况下，将比色皿放置于样品架上后，采用仪器自带的皮秒激光器对其激发，激发波长为430nm，测试490nm的荧光随时间的衰减曲线，获得的荧光衰减曲线采用单指数拟合衰减曲线得到其荧光寿命为5ns。在测试第一激子吸收峰位于480nm的cspbbr3/1-萘甲酸(1:500)量子点溶液的情况下，将比色皿放置于样品架上后，采用仪器自带的皮秒激光器对其激发，激发波长为430nm，测试490nm的荧光随时间的衰减曲线，获得的荧光衰减曲线采用单指数拟合衰减曲线得到其荧光寿命为2ns。根据拟合结果可以计算出三线态能量转移效率为60％。


技术特征：
1.一种利用熵效应促使吸热能量转移发生的方法，其特征在于：将第一激子吸收峰在470-490nm的cspbbr3量子点的表面修饰配体分子，且配体分子的三线态能级处于2.6-3.2ev，所述正方体cspbbr3量子点的边长为4.3-7.5nm。2.根据权利要求1所述利用熵效应促使吸热能量转移发生的方法，其特征在于：通过增加cspbbr3量子点表面的配体分子数目使得能量转移过程的熵变(δs)增大，从而调控吉布斯自由能的变化(δg)。3.根据权利要求1所述的利用熵效应促使吸热能量转移发生的方法，其特征在于：配体分子可以选择1-萘甲酸、2-萘甲酸、胡椒酸和联苯酸中的一种或两种以上，优选方案为1-萘甲酸。4.根据权利要求1所述的利用熵效应促使吸热能量转移发生的方法，其特征在于：一个cspbbr3量子点的表面配体数目可以在400-2000之间，优选方案为500-800。

技术总结
本发明涉及一种利用熵效应促使吸热能量转移发生的方法，通过增加量子点表面配体的数目，使得熵变(ΔS)增加。根据热力学第二定律(ΔG＝ΔH-TΔS)，在一些吸热能量转移的体系中(焓变大于零，ΔH>0)，通过增大熵变(ΔS)能将能量转移变成自发的放热过程(吉布斯自由能减小，ΔG<0)。从而促使一些原本热力学不允许的反应发生。的反应发生。的反应发生。


技术研发人员：吴凯丰 何山
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：2021.07.14
技术公布日：2023/1/16