[发明专利]具有核-壳结构的纳米晶量子点及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体而言，涉及一种具有核-壳结构的纳米晶量子点及其制备方法。

背景技术

半导体纳米晶即量子点，因具有明显的量子尺寸效应和独特的光学性能，在照明、显示、太阳能和生物标记等领域具有潜在的应用价值而引起人们的广泛关注。近年来，量子点的开发和应用主要集中在含镉量子点（如以CdSe为基本发射材料的量子点），众所周知，镉是一种剧毒的重金属，如被人体摄入微量即可造成很大的伤害，所以其应用受到严格的限制。而无镉量子点因其绿色无毒受到青睐。

目前无镉量子点的研究主要集中在I-III-VI/II-VI型量子点和III-V/II-VI型量子点及无镉掺杂量子点。目前无镉量子点的开发主要集中在实验室阶段，主要原因是合成的量子点荧光效率低、空气稳定性和温度稳定性较差，当前所制备出的量子点的荧光效率经过长时间放置后一般低于5%。

2003年Castro等报导的采用单分子前驱体低温热分解的方法合成的CuInS₂量子点，粒径分布宽（3-30nm），团聚严重，而且几乎不发光。2009年Peng实验室通过原子层连续吸附法将核壳结构的CuInS₂/ZnS量子点的荧光效率提高到30%，稳定性得到了部分提高，但是在荧光效率及稳定性方面仍然有很大的提高空间。

稳定性差的问题同样存在于III-V型量子点中，如单纯的InP的效率<1%，虽然传统的ZnS的包覆方法可以提高InP的效率，但其稳定性仍然很差，在150℃下24小时内效率就降低了90%。另外Reiss等通过一锅法制备的InP/ZnS量子点虽然具有较好的初始活性，但是其稳定性受反应物摩尔比的影响严重，可调发光波长窗口小。究其原因，可能由于传统的ZnS壳层的包覆方法不能完全的包裹核，造成量子点表面易被氧化，导致稳定性差。因此如果能够解决无镉量子点低效率及稳定性差等问题，必将开创无镉量子点应用的新纪元。

发明内容

本发明旨在提供一种具有核-壳结构的纳米晶量子点及其制备方法，该纳米晶量子点具有较好的空气稳定性和温度稳定性。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种具有核-壳结构的纳米晶量子点的制备方法，包括以下步骤：制备纳米晶核；以及在纳米晶核表面原位包覆硫化锌，得到具有核-壳结构的纳米晶量子点；其中，在纳米晶核表面原位包覆硫化锌步骤之前还包括对纳米晶核进行原位提纯的步骤和/或在纳米晶核表面原位包覆硫化锌步骤之后还包括对纳米晶量子点进行原位提纯的步骤。

进一步地，对纳米晶核或纳米晶量子点进行原位提纯的步骤包括：向未包覆硫化锌的纳米晶核溶液中或已包覆硫化锌的纳米晶量子点中加入有机提纯剂，磁力搅拌，静置分层，分离，得到纯化的纳米晶核或纳米晶量子点。

进一步地，有机提纯剂包括甲醇、乙二醇和二甲基甲酰胺中的一种或多种。

进一步地，具有核-壳结构的纳米晶量子点包括I-III-VI/II-VI族或III-V/II-VI族纳米晶量子点；I-III-VI/II-VI族纳米晶量子点包括CuInS₂/ZnS结构或Cu-Zn-In-S/ZnS结构的纳米晶量子点；III-V/II-VI族纳米晶量子点包括InP/ZnS结构的纳米晶量子点。

进一步地，在制备具有Cu-Zn-In-S/ZnS结构的纳米晶量子点时，制备Cu-Zn-In-S纳米晶核的步骤包括：将含一价或二价铜离子的前驱体、含铟离子的前驱体、含锌离子的前驱体与非配位溶剂、酸配体和硫醇配体混合，加热至50℃～300℃，搅拌溶解，得到络合物溶液；以及在100℃～350℃下向络合物溶液中加入含硫离子前驱体和胺配体，反应1～60分钟，得到具有Cu-Zn-In-S结构的纳米晶核。

进一步地，在具有Cu-Zn-In-S结构的纳米晶核上包覆硫化锌的步骤包括：向具有Cu-Zn-In-S结构的纳米晶核溶液中先后加入含锌离子前驱体和含硫离子前驱体，加热至150℃～350℃，反应10～120分钟，生成具有核-壳结构的Cu-Zn-In-S/ZnS纳米晶量子点。