[发明专利]一种含镍荧光量子点、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体荧光纳米材料、制备方法及其应用，特别涉及一种含镍荧光量子点、制备方法及其应用。

背景技术

半导体纳米晶(又称量子点)，其粒径一般介于1-20nm之间，是纳米材料的重要成员之一。纳米晶的平均粒径小、表面原子多、比表面积大、表面能高，导致其性质既不同于单个原子、分子，又不同于普通的颗粒材料，而表现出独特的小尺寸效应、表面效应以及宏观量子隧道效应，在光、电、磁、热以及催化等领域展示出独特的优势。量子点的制备方法有很多，主流方法是有机金属法和巯基水相法。其中有机金属法制备的量子点量子产率很高，但该方法反应条件过于苛刻，需要高温和无水无氧操作；原料的活性很大，易燃易爆，价格昂贵，且剧毒。而巯基水相法只能制备出较少种类性能优良的量子点，局限性大，所以利用水油界面合成纳米晶的方法应运而生。界面合成法相对于以上两种方法显示出明显的优势：(1)合成的纳米晶的量子产率比较高；(2)所用设备简单；(3)可根据现实生活需要，通过界面组装，把纳米晶转移到所需要的不同溶剂中；(4)反应温度比较低，实验条件温和可控。

尽管对量子点的研究已经发展了几十年，但是量子点的品种仍然比较有限，目前对量子点理论和应用研究最深入的只是II-VI族和III-V族半导体纳米晶，如CdS,ZnS,CdTe,CdSe,InP等，这大大限制了量子点理论和实际应用的拓展与完善，所以开发一类新型的量子点材料将意义深远。目前，对含镍半导体材料的研究多数停留在宏观体相材料的程度，只有少数研究涉及该材料的纳米尺度，更没有对含镍荧光量子点的报道。因此寻找一种简便可行的制备方法、研制新型的含镍荧光量子点、为量子点家族扩充新成员，扩大量子点的应用范围具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种含镍荧光量子点，此类量子点毒性低，具有宽的吸收光谱和较窄的荧光发射光谱，发光颜色随激发波长可调，发光效率高，稳定性好，能应用于构筑量子点太阳能敏化电池以及LED器件。

本发明的另一目的是提供该含镍荧光量子点的制备方法，该方法是基于水油界面的制备的方法，含镍荧光量子点的粒径大小以及荧光发射可以随着反应时间变化而精确可调。

本发明的再一目的是提供该含镍荧光量子点的应用，同时提供用制备的含镍荧光量子点制造太阳能电池和发光器件的方法。

本发明的含镍荧光量子点，其包括有硒化镍（NiSe）、碲化镍（NiTe）、硫化镍（NiS）中一种或其组合，量子点粒径为2~20nm，量子产率为10~60%，光致发光谱的半峰宽为30~130nm；优选x=0.5时NiSe的荧光量子点。

本发明上述的含镍荧光量子点的制备方法，其包括以下步骤：

a.以溶有氯化镍的水溶液为水相，溶有长链配体的甲苯溶液为油相，在高纯氮气氛围中高速搅拌以让水油两相充分接触，形成水油界面反应体系后在油浴中加热形成前驱体溶液；

b.将碲氢化钠、硒氢化钠或硫化钠水溶液注入热的前躯体溶液中，继续加热1~20h，不同时间取样获得具备不同发射荧光的甲苯相的量子点溶液；

c.将上层甲苯相的量子点溶液乙醇沉淀，再经离心、分散，重复后去除未反应原料即得含镍荧光量子点。

本发明的含镍荧光量子点的制备方法，其进一步的技术方案是步骤a中所述的氯化镍摩尔浓度为5~20mmol/L；所述长链配体为油酸、十一烯酸、三正辛基膦或十八胺，长链配体的甲苯溶液浓度为5~20mmol/L。

本发明的含镍荧光量子点的制备方法，其进一步的技术方案还可以是步骤a中所述的搅拌速度为100~300rpm，搅拌时间为0.5~10h，加热温度为30~95°C。

本发明的含镍荧光量子点的制备方法，其进一步的技术方案还可以是步骤b中所述的碲氢化钠或硒氢化钠通过将碲粉或硒粉于冰水浴中用硼氢化钠还原制得；更进一步的技术方案是所述的碲粉或硒粉与硼氢化钠的摩尔比为0.2∶1~1∶1，冰水浴的反应时间为3~8h。

本发明的含镍荧光量子点的制备方法，其进一步的技术方案还可以是步骤b中所述的碲氢化钠、硒氢化钠或硫化钠与前躯体溶液中氯化镍的摩尔比为0.5∶1~2∶1。

本发明的含镍荧光量子点的制备方法，其进一步的技术方案还可以是步骤b中所述的不同时间取样获得具备不同发射荧光的甲苯相的量子点溶液时，其中蓝色荧光量子点取样时间为1~10h，黄色荧光量子点取样时间为12~20h。

本发明的含镍荧光量子点的制备方法，其进一步的技术方案还可以是步骤c中所述的离心速度为3000~15000rpm，离心时间为10~30min。