[发明专利]一步制备准核壳结构近红外纳米晶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备半导体纳米晶的方法，特别涉及一种采用一步制备波长在近红外范围内可调的具有准核壳结构的CdHgTe半导体纳米晶的制备方法。

背景技术

在水溶液中合成半导体纳米晶具有很多优点：如成本低、毒性小、重复性好、易操作等，符合当前绿色化学发展的需要。这些纳米晶发光的波长范围是400～1600nm，其中近红外半导体纳米晶具有可见光纳米晶所不具备的独特优点：它们可以作为光增益媒体应用在光通讯方面，最佳的透过窗口大约在1300和1550nm，在此波长下光的损耗可以降到最低；此外，它们作为量子点探针，可以实现癌细胞在深层器官如肝脏、脾中的成像，而可见光却无法穿透；且可以用低能量的光来激发它们，对生物组织的伤害很小；它们在生物方面应用的另外一个优势是生物组织自身荧光和吸收在近红外窗口都达到最低点，在测试的过程中可以减少干扰。在所研究的近红外纳米晶中，最重要的一类是含汞的合金化合物(例如Cd_xHg_1-xTe)，可以仅通过改变镉汞组成来实现它们光、电、磁等性质的改变。尽管如此，该材料的应用还需解决两个问题：一是制备此类合金纳米晶通常要采用两步，首先合成CdTe，然后再加入Hg²⁺，通过Hg²⁺来取代CdTe纳米晶上的Cd²⁺，从而得到Cd_xHg_1-xTe合金纳米晶。该方法操作过程复杂，反应时间长，得到的纳米晶粒径分布极宽，可以达到400～500nm，需要繁杂的离心才可以获得粒径分布较窄的纳米晶(Mater.Sci.Eng.2000，B69-70，355)。另外，按此法所得到的合金纳米晶稳定性不好，即使放置在室内普通条件下，其性质如发光峰形、峰强以及峰位也会发生改变。这是由于HgTe在溶液中的溶度积非常小，反应速度快，在合成的过程中会导致沉淀的产生，这也使得它们不适合在油相中去合成。由此可见制备性质稳定的近红外纳米晶尚是挑战，要想解决这一问题，就必须选择适当的溶剂和方法来合成这些纳米晶。

发明内容

本发明的目的就是提供一种一步制备准核壳结构近红外纳米晶的方法。

利用HgTe和CdTe在水溶液中溶解度的巨大差异，向水溶液中一次性加入镉盐和汞盐，选择含巯基的有机小分子作为配体与镉离子和汞离子进行配位，将水溶液的pH值调到适当值，加入碲源，最后将混合溶液加热一段时间，即可得到高质量稳定的近红外半导体纳米晶水溶液。其关键在于一次性投料以及投料时各种反应物质的比例，从而得到结构与组成不同的近红外半导体纳米晶。

本发明的过程如下：向水溶液中一次性加入金属离子，有机配体，调节溶液pH值，加入碲源，将混合溶液加热一段时间。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：采用胶体化学方法在水溶液中制备CdHgTe半导体纳米晶，首先一次投料形成镉盐、汞盐的混合水溶液，通入氮气除掉溶液中的氧气，最终体系中镉盐的浓度为1.0×10^-4～1.0×10^-2M，金属离子Cd²⁺和Hg²⁺的比例为5～0.6：1，其发光波长可以通过调整Cd²⁺与Hg²⁺的比例来实现；选择含巯基的有机小分子作为配体与Cd²⁺和Hg²⁺进行配位，Cd²⁺和Hg²⁺的摩尔数和与配体的比例为1：2.9～4.5，在这些比例下可以确保有机小分子在纳米晶表面形成有效的保护层从而稳定纳米晶；用NaOH或者HCl将溶液的pH值调至8～11；向上述溶液中在氮气保护下加入通过Te粉和NaBH₄反应制备的NaHTe溶液，Cd²⁺和Hg²⁺的摩尔数和与NaHTe的比例为1：0.2～0.6，通氮气20min，将上述混合溶液在30～80℃下加热30min，得到CdHgTe半导体纳米晶溶液，其发光波长在800～1300nm内可调。所得样品可以在水溶液的状态下保存；也可以将所得到的水溶液用溶剂反沉淀，离心后得到固体粉末，该粉末可以再次很好的分散在水中。