[发明专利]巯基单或多元有机酸表面修饰的Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种II-VI族半导体量子点及其制备方法，特别是一种巯基单或多元有机酸表面修饰的II-VI族半导体量子点及其制备方法。

背景技术

随着纳米科学技术的飞速发展，半导体纳米晶体由于其独特的物理和化学特性，尤其是在光学和生物学方面，正日益显示出巨大的学术价值和良好商业前景。国际上许多高水平的期刊如Science(如Science 289，1757-1760(2000)等)和Nature杂志已多次报道了有关半导体纳米晶体的合成方法、物理化学特征和其在生物医学和光电子领域等方面的应用。目前在欧美已成立了开发半导体纳米晶体生物标记荧光探针的公司(如德国的NLNanosemiconductor，美国的Quantum Dot公司等)，并已于2001年推出商标为QDOTTM产品(Quantum Dot公司)，目前国内也有数家公司(如武汉珈源量子点开发技术有限公司等)致力于研发半导体纳米晶荧光标示物。

半导体纳米晶体是由数目极少的原子或分子组成的原子或原子团簇。目前报道的主要涉及的是主族II～VI如CdX(X＝S，Se，Te)和ZnX(X＝S，Se，Te)等、III～V如InP、InAs和GaAs副族化合物以及Si等元素，特别是II～VI和III～V副族化合物尤其引起人们的关注。由于光谱禁阻的影响，当这些半导体纳米晶体的半径小于其玻尔半径(一般小于10nm)时，这些小的半导体纳米晶体就会表现出特殊的物理和化学性质，如Si纳米晶体和多孔Si可发光，晶体的大小会影响晶体的晶相结构和熔点。半导体纳米晶体的结构导致了它具有尺寸量子效应和介电限域效应并由此派生出半导体纳米晶体独特的发光特性。当一束光照射到半导体上时，半导体吸收光子后价带上的电子跃迁到导带，导带上的电子可以再跃迁回到价带，放出光子；也可以落入半导体中的电子陷阱。当电子落入较深的电子陷阱后，绝大部分以非辐射的形式而淬灭了，只有极少数的电子以光子的形式跃迁回价带或非辐射的形式回到导带。所以，当半导体中的电子陷阱较深时，量子产率就会较低。

半导体纳米晶体的发射光谱覆盖从紫外到红外区域，而很少荧光染料的发射波长能在800nm以上。对于一些不利于在紫外或可见区域进行检测的生物材料，可利用半导体纳米晶体标记在红外区域进行检测，完全避免紫外光对生物材料的伤害，特别有利于活体生物材料的检测，同时，将大幅度降低荧光背景对检测信号的干扰。用发光半导体纳米晶体补充或部分取代有机荧光标记材料，将开创超灵敏度、高稳定性以及长发光寿命的生物检测技术。近年来，有报道可大量制备大小分布较为均匀的半导体纳米晶体的方法。另外，纳米晶体性能稳定，易于储存和运输，很适合商品化。而当前，两种制备方法也即高温有机相法和低温水相法都有自己独自的优点，而后者常常以巯基丙酸或巯基乙酸为稳定剂，而这些表面修饰分子都直接影响到它的性能，如量子产率，水溶性等等。

发明内容

本发明目的在于提供一种巯基单或多元有机酸表面修饰的II-VI族半导体量子点，以提高II-VI族半导体量子点的水溶性和分散均匀性。

本发明的目的之二在于提供水溶性量子点的制备方法。

为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种巯基单或多元有机酸表面修饰的II-VI族半导体量子点，其特征在于该量子点以巯基单或多元有机酸包裹CdX或ZnX，X＝S，Se，Te而形成的量子点，其中巯基单或多元有机酸与CdX或ZnX的摩尔比为(1.5～3)：1；量子点的粒径为2.0～6.0nm。

上述巯基单元有机酸有：巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、巯基戊酸、二氢硫辛酸或半胱氨酸；所述巯基多元有机酸有：巯基丁二酸、二巯基丁二酸、半胱氨酸谷氨酸寡肽或半胱胺酸天冬氨酸寡肽；及上述任意比例构成的巯基单元、多元有机酸的混合物。

一种制备上述的巯基单或多元有机酸表面修饰的II-VI族半导体量子点方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：

a.将可溶性镉盐或锌盐溶于水配制成浓度为0.1～1M的水溶液，加入巯基单或多元有机酸，镉盐或锌盐与稳定剂巯基单或多元有机酸的摩尔比是1：(2～3)，调节该溶液的pH为7～13，得到的溶液称为溶液A；