[发明专利]一种磷化镉量子点的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米材料制备技术领域，涉及一种全新方法制备尺寸可调，单分散性良好且具有近红外荧光性质的半导体量子点。

背景技术

半导体材料从体相逐渐减小至一定临界尺寸(1～20纳米)后，其载流子的波动性变得显著，运动将受限，导致动能的增加，相应的电子结构从体相连续的能级结构变成准分裂的不连续，这一现象称作量子尺寸效应。比较常见的半导体纳米粒子即量子点主要有II-VI，III-V以及IV-VI族。这些种类的量子点都十分遵守量子尺寸效应，其性质随尺寸呈现规律性变化，例如吸收及发射波长随尺寸变化而变化。因此，半导体量子点在照明、显示器、激光器以及生物荧光标记等领域都有着十分重要的应用。

最早的胶体量子点研究工作可追溯到1982年，Brus小组首次报道了水溶性半导体量子点的制备与光学性质。自此，一些小组相继开展了不同种类的半导体量子点的制备以及性质研究的工作。

Cd₃P₂作为典型的II-V族二元半导体，其带隙较窄，体相带隙仅为0.55eV,与之相对应的具有近红外吸收荧光的性质，在光电器件如太阳能电池等方面具有着较好的应用前景。但是，同常见的II-VI、III-V族或者IV-VI族量子点相比，合成Cd₃P₂量子点的相关工作相对比较少，而且目前所制备出的量子点方法相对繁琐，合成过程中受到材料限制，造价昂贵且不利于大量合成，例如于小组于2009年报道了使用十分活泼的3-(三甲基硅基)磷TMS-P作为磷源制备了Cd₃P₂量子点(J Phys.Chem.C.2009,113,42)，苗小组于2010年报道了使用十分活泼的3-(三甲基硅基)磷TMS-P作为磷源制备了不同尺寸的Cd₃P₂纳米粒子(JACS.2010,132,5613-5615)，其使用的TMS-P十分活泼较易发生氧化还原反应，有剧毒且易燃易爆，因此需要手套箱等工具严格储存，因此实验操作相对复杂，需要一定的实验室条件。综上所述，目前Cd₃P₂量子点合成方面还存在着许多问题，现有的合成方法多数需要较苛刻的实验条件，例如复杂繁琐的操作过程，价格昂贵、不易储存且毒性强的实验原料等等。因此，对于建立新的操作简便、成本低廉、可大量生产的合成Cd₃P₂量子点的方法，对于纳米晶合成以及相关材料应用领域有着十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服背景技术存在的问题，提供一种成本低廉、操作简便、反应温度低、可大量合成的新方法用于合成磷化镉量子点。

本发明所提出的这种新的合成方法，最终合成的Cd₃P₂量子点，在近红外区有着独特的吸收峰，容易进行检测；此外，其荧光效率接近9％，较好于文献报道的结果，在近红外视窗内基本可以满足生物荧光标记等后续应用。

本发明的技术问题通过以下技术方案解决：

一种磷化镉量子点的制备方法，利用磷化物与无机酸反应制取PH₃气体，并同时将制取的PH₃气体通入到N₂保护的羧酸镉的十八烯溶液中，在50℃～120℃的温度下进行反应，生成Cd₃P₂纳米簇化合物；再以制得的Cd₃P₂纳米簇为反应前体，以有机胺为配体，以十八烯为溶剂，在80℃～240℃的温度下以热注入的方法反应5～10分钟，得到不同尺寸的Cd₃P₂量子点。

所述的磷化物优选磷化钙、磷化镁的固体粉末，所述的无机酸优选浓度为4mol/L的稀盐酸或稀硫酸，所述的羧酸镉优选油酸镉或十四酸镉，所述的有机胺优选油胺、十八胺或十六胺。

所述的磷化物用量优选0.3～30mmol，磷化物与无机酸的用量的摩尔比例优选为1∶6～1∶20；磷化物与羧酸镉的用量的摩尔比例优选为1∶6～1∶12；羧酸镉的浓度优选≥0.12mol/L；有机胺的用量以摩尔计优选在热注入反应中所用的Cd₃P₂纳米簇所含磷元素的10～20倍；所述的以十八烯为溶剂，用量没有严格要求。