ECHO CHEMICAL｜景明化工 材料專題

從 CdSe/ZnS 到石墨烯量子點
一次掌握量子點材料、前驅物與功能化試劑

當材料尺寸縮小到奈米尺度，原本熟悉的半導體材料，可能開始展現截然不同的光學與電子特性。其中最具代表性的材料之一，就是 Quantum Dots, QDs｜量子點。

量子點的核心特性

因此被廣泛研究於：QLED／QD-LCD 顯示、太陽能電池、光電偵測器、生物成像與螢光標記、藥物遞送與生物感測、光催化與電催化。

景明化工可依研究方向，協助尋找不同發射波長、分散介質與表面功能化的量子點材料，以及合成、配體交換與生物偶聯會使用的相關化學試劑。

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CdSe/ZnS 核／殼量子點：兼顧發光效率與穩定性

CdSe/ZnS Core/Shell Quantum Dots｜硒化鎘／硫化鋅核／殼量子點

CdSe 作為發光核心，外層包覆 ZnS 殼層，可降低部分表面缺陷與非輻射復合造成的螢光損失。

這類材料常見特色包括：

• 發射波長可涵蓋綠光、黃光、橙光至紅光區域
• 螢光量子產率可達 50% 以上
• 半峰寬約可控制於 25–35 nm 以下
• 適合需要高色純度的顯示與光學研究

依表面配體及分散系統，可分為：

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CdSe/CdS 量子棒：不只是發光，還具有方向性

CdSe/CdS Quantum Rods｜硒化鎘／硫化鎘量子棒

相較於接近球形的量子點，量子棒具有 elongated core/shell｜延伸型核／殼結構。

其各向異性形貌可帶來：

• 偏振發光
• 方向性光吸收與放射
• 各向異性載子傳輸
• 特殊的光電與組裝行為

因此可應用於：

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石墨烯量子點：水分散、易功能化的碳系奈米材料

Graphene Quantum Dots, GQDs｜石墨烯量子點

石墨烯量子點是具有奈米尺度石墨烯結構的碳系材料。與含鎘量子點相比，GQDs 不含鎘元素，並具有良好的水分散性與表面功能化彈性，因此受到生醫、感測及能源研究領域關注。

常見類型包括：

• Carboxyl-functional Graphene Quantum Dots｜羧基化石墨烯量子點
• Amino-functional Graphene Quantum Dots｜胺基化石墨烯量子點
• Hydroxy-functional Graphene Quantum Dots｜羥基化石墨烯量子點
• Graphene Oxide Quantum Dots｜氧化石墨烯量子點

不同表面官能基會影響材料的：

水分散性、表面電荷、螢光行為、生物分子偶聯能力、與金屬離子或高分子的交互作用。

可應用於螢光感測、生物成像、藥物載體、光催化、電催化及複合材料研究。

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量子點研究可能使用哪些化學試劑？

量子點的實際合成路徑會依核心材料、殼層、發射波長、粒徑與表面配體而改變。以下為文獻與研究中常見的試劑類型，並非單一固定配方。點擊試劑名稱可直接查詢該 CAS No. 對應產品。

🔹 CdSe 核生成相關試劑

常見鎘、硒前驅物與配位試劑

🔹 ZnS／CdS 殼層相關試劑

上述試劑可分別作為 Zn、Cd 或 S 來源，實際選擇會影響殼層成長速度、晶格匹配、粒徑分布與發光表現。

🔹 高溫反應介質與表面配體

這些長鏈配體有助於維持油溶性量子點的膠體穩定性，但也可能影響電荷傳輸，因此光電元件研究經常進一步進行 Ligand Exchange｜配體交換。

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從油相轉成水相：配體交換與表面功能化

若要將油溶性量子點轉移至水相，可使用含有硫醇與親水官能基的配體。

硫醇基可與量子點表面產生較強的配位作用，羧基則提高水分散性，並提供後續生物偶聯的反應位置。

若量子點表面帶有羧基，可使用：

進行羧基活化，再與蛋白質、抗體、胜肽或其他含胺基分子形成醯胺鍵。

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石墨烯量子點合成常見碳源與含氮試劑

依 bottom-up｜由下而上的合成路徑，GQDs 可由小分子經水熱、溶劑熱或熱裂解反應形成。常見試劑包括：

不同碳源、氮源、溫度、反應時間與純化條件，都可能影響 GQDs 的：

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量子點可應用在哪些研究領域？

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選擇量子點時，不要只看發射波長

實際選材還應確認：

含鎘、硒及易燃有機溶劑的量子點材料，應依 SDS、實驗室風險評估及廢棄物規範操作，不可直接排入一般廢液或水槽。

量子點的世界，不只是「顆粒越小，顏色就不同」。從核心材料、殼層結構、表面配體，到溶劑與功能化反應，每一個選擇，都可能改變材料最後的發光、分散與應用表現。