[发明专利]以烷基酰胺为溶剂制备油溶性碲化物半导体纳米晶的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米晶制备技术领域，具体涉及一种无膦制备油溶性碲化物半导体纳米晶的方法，特别是涉及一种利用硼氢化钠在烷基酰胺中还原溶解碲粉的方法制备碲前驱体，并利用此前驱体制备高质量油溶性半导体纳米晶的方法。

背景技术

碲化物半导体纳米晶由于具有量子尺寸效应而被广泛用于光电器件、光子晶体、荧光编码以及生物标记等应用领域。随着人们对半导体纳米晶的需求日益增加，越来越多的合成方法被开发出来，其中最行之有效的方法就是热注射法。这种方法主要采用高温条件下向体系中瞬间注射前驱体溶液的操作技术，有效的将纳米晶成核与生长分离开来，从而制备出尺寸均一的半导体纳米晶。成熟的热注射法主要利用三丁基膦、三辛基膦等有机膦将碲粉溶解，然后注射到反应体系中。但是这些有机膦试剂在空气中极易被氧化，所以整个制备过程都需要在手套箱中进行，这就大大增加了制备纳米晶的难度和成本。同时，由于这些有机膦价试剂价格昂贵且对环境损害较大，限制了这种制备方法的工业化应用。随着人们不断地研究，在水溶液中制备碲化镉的方法被开发出来。这种方法主要是利用硼氢化钠还原碲粉的方法在水溶液中先制备出碲氢化钠溶液，进一步利用制备的碲氢化钠作为碲源，加入准备好的含镉水溶液前驱体中，通过加热回流制备碲化镉纳米晶。这一改进虽然去除了有机膦试剂，但是由于水的沸点较低，反应温度被限制，通常需要较长的回流时间完成反应。不利于纳米晶的工业化生产。另外，该方法存在较大局限性，仅适用于制备含镉和汞的碲化物纳米晶。发展简便、高效、环保、低成本、可工业化生产的合成方法成为当今人们研究的热点。

发明内容

本发明的目的就是制备一种简单廉价的无膦碲前驱体，并利用此前驱体制备油溶性碲化物半导体纳米晶，即利用硼氢化钠将碲粉还原溶解在烷基酰胺中得到碲前驱体，并利用此前驱体制备油溶性半导体纳米晶。

本发明选用硼氢化钠在烷基酰胺中还原碲粉，其中，烷基酰胺价格便宜、环境友好、在空气中可以稳定存在，所制备碲前驱体活性高，可以在较温和条件下较短时间内完成纳米晶制备，整个制备过程不需要在手套箱中完成，实验操作简便，危险性小，并且具有良好的实验重复性。因此，这种方法有效的降低了制备成本并且不会对环境造成破坏，很适合于纳米晶的工业化生产。

具体来说，本发明的步骤如下：

1、在氮气保护下，将碲粉和硼氢化钠加入到烷基酰胺中，60～80℃加热搅拌使碲粉溶解，得到暗红色溶液，降至室温后得到碲前驱体溶液；其中碲粉与硼氢化钠的摩尔比例为1:10～1:1，碲粉在烷基酰胺中的浓度为0.05～0.25mol/L。

2、在氮气保护下，将金属源（镉源、铅源、汞源、银源中的一种或几种）加入到脂肪族胺溶液中(浓度为0.031～0.125mol/L)，60～80℃加热搅拌使金属源溶解，得到乳白色溶液；然后升温到90～200℃，将前面步骤制备的碲前驱体溶液加入，碲粉和金属源的摩尔比为1:4～4:1，继续反应0～30分钟，即可得到油溶性半导体纳米晶。

本发明所述方法可用于制备CdTe、PbTe、HgTe、Ag₇Te₄等各种碲化物半导体纳米晶。

上述方法所使用的镉源可以是Cd(Ac)₂·2H₂O、CdCl₂·2H₂O、CdO等；铅源可以是Pb(Ac)₂·2H₂O、PbCl₂、PbO等；汞源可以是Hg(Ac)₂·2H₂O、HgCl₂、HgO等；银源可以是Ag(Ac)、AgNO₃、Ag(acac)；烷基酰胺可以是N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基丙酰胺等。脂肪族胺可以是油胺、十六烷基胺、十八烷基胺等。

附图说明

图1(a)：实施例1制备的油溶性CdTe纳米晶的透射电镜照片，所得纳米晶尺寸均匀，单分散性好，平均尺寸为10.8nm；

图1(b)：实施例1制备的油溶性CdTe纳米晶的XRD谱图，所得纳米晶为立方晶形；

图1(c)：实施例1制备的油溶性CdTe纳米晶的紫外吸收谱图，所得纳米晶在可见光区域有很强的吸收效率；

图2(a)：实施例2制备的油溶性CdTe纳米晶的透射电镜照片，所得纳米晶尺寸均匀，单分散性好，平均尺寸为3.1nm；