[发明专利]一种硒化铜荧光量子点及其制备方法和应用

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，特别涉及一种硒化铜荧光量子点及其制备方法和应用。

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。量子点的平均粒径小、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（J.Am.Chem.Soc.,2011,133,15324-15327;Chem.Mater.,2007,19,4670-4675）和巯基水相法（Adv.Mater.,2003,15,1712-1715）。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)合成的量子点的量子产率比较高；(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CdTe,CdS,CdSe,CdTe/ZnS,CdTe/CdS等，这些量子点大多含有重金属成分，这大大限制了量子点理论和其在太阳能电池、发光二极管（LED）等光电器件上实际应用的拓展与完善，所以开发一类新型的无镉量子点材料将意义深远。目前，对硒化铜半导体材料的研究多数停留在宏观体相材料的程度，只有很少数研究涉及该材料的纳米尺度，但是这些报道的硒化铜荧光量子点或者量子产率非常低、粒径分布不均一(Struct.Chem.,2011,22:103-110)，或者采用的原料价格很昂贵，且需250℃的高温反应(Adv.Mater.,1999,11,1441-1444)。因此寻找一种成本低廉且简便可行的制备方法，研制高量子产率、窄尺寸分布的硒化铜荧光量子点，对扩大量子点的应用范围具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种硒化铜荧光量子点，此类量子点不含镉等重金属元素，毒性低，具有量子产率高，粒径均一，较窄的荧光发射光谱，发光颜色随激发波长可调，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上述硒化铜荧光量子点的制备方法，该方法是基于水油两相界面的制备的方法，该方法简便易行，反应条件温和，不需要高温高压，避免了昂贵的有机金属盐的使用。

本发明的再一目的是提供硒化铜荧光量子点在构筑量子点敏化太阳能电池或发光器件中的应用。

本发明的技术方案为：一种硒化铜荧光量子点，其特征在于为硒化亚铜（Cu₂Se）、硒化铜（CuSe）或硒化铜（Cu_2-xSe，0<x<2）中一种或其组合，量子点粒径为2～10nm，量子产率为10～60%，光致发光谱的半峰宽为30～150nm。

本发明还提供了上述硒化铜荧光量子点的方法，其具体步骤如下：

a.以溶有铜盐的水溶液为水相，溶有长链配体的有机溶剂为油相，在惰性保护气体氛围中磁力搅拌使水油两相充分接触，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.将硒氢化钠水溶液注入热的前躯体溶液中，加热反应1～20h，不同时间取样获得具备不同发射荧光的有机相的量子点溶液；

c.将上层有机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硒化铜荧光量子点。

优选步骤a中所述的铜盐为氯化亚铜、氯化铜、硫酸铜、乙酸铜或硝酸铜中的一种或其组合；所述的长链配体为油酸、十一烯酸、硬脂酸、三正辛基膦、十二胺、十六胺、十八胺或油胺；所用的有机溶剂为正己烷、甲苯、三氯甲烷或者十八烯。

优选步骤a中有机溶剂和水的体积比为1:(0.5～2）；水相中铜离子摩尔浓度为4～20mmol/L；长链配体与铜盐的摩尔比例为(1～10):1；步骤a中所述的磁力搅拌速度为100～300rpm，反应时间为1～20h，加热温度为30～100℃。

优选步骤a中所述的惰性保护气体为氮气、氩气或者他们的混合气。