[发明专利]一种水溶性铜、锰共掺杂ZnS(Se)白光量子点及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于量子点发光材料技术领域，具体涉及一种白光量子点发光材料及其制备方法。

技术背景

量子点是一种准零维纳米半导体材料，它由少量的原子或原子团组成，通常三维尺度在1～10nm。由于量子尺寸效应和介电限域效应的影响，显示出许多独特的光学特性和电学特性，使得量子点在光电领域以及生物医学领域具有广阔的应用前景。量子点电致发光器件具有低功耗、高效率、响应速度快以及灵敏度高等优点，在LED照明领域显示出巨大的学术价值和良好的商业前景。

量子点发光材料的研究已经具有很多成果，但作为发光层用于LED照明仍存在一定的缺陷。在材料方面，目前研究较为广泛的Cd族量子点毒性较大，Cd元素进入人体，会对人体产生严重的毒害作用。鉴于此，欧盟通过电子电机设备中危险物质禁用指令（RoHS），自2006年7月1日起禁止在电子产品中使用镉等物质。所以，开发新型环保材料是量子点发光材料的研究方向。同时，传统LED获得白光的方法多是通过多层结构实现，即采用红、绿、蓝三种发光层堆积的方法，通过混合三基色来获得白光，但存在制备工艺复杂、成本高、白光度随着电压变化而改变，多层结构自吸收、效率低等明显的不足。因此开发直接发射白光的量子点发光材料也是一个研究方向。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有白光实现技术的不足，提供一种直接发射白光的量子点发光材料及其制备方法。

本发明提供的白光量子点发光材料，以不含镉等有毒成分以及具有良好稳定性、绿色环保的锌、硫或硒元素为主体，通过过渡金属元素铜、锰共掺杂，在水相中制备获得，称其为水溶性铜、锰共掺杂ZnS(Se)白光量子点，能更好地应用于量子点LED照明。

本发明提供的水溶性铜、锰共掺杂ZnS(Se)白光量子点的制备方法，具体步骤为：

一、锌盐和巯基化合物水溶液的制备：在三颈烧瓶中向巯基化合物加入80～100ml去离子水和0.8～1mol/L的锌盐水溶液，其中，锌与巯基的摩尔比为1:1～1:5；

二、向第一步溶液中加入0.05～0.1mol/L的锰盐溶液和0.05～0.1mol/L的铜盐溶液，其中，锰与锌的摩尔比为1:100～5:100，铜与锌的摩尔比为0.5:100～3:100，溶液在氮气保护下搅拌20～30min；

三、用NaOH水溶液将第二步溶液的pH值调至9～12，并迅速注入0.8～1mol/L的硫化钠（或新鲜制备的硒氢化钠）溶液，其中锌和硫（硒）的摩尔比为1:1，迅速搅拌20～30min；

四、将第三步溶液转移到微波反应器中，升温到40～60摄氏度，反应30分钟到3小时，即可得到铜、锰共掺杂硫（硒）化锌量子点。

取上述制备的量子点溶液作为荧光光谱和吸收光谱表征试样。该量子点材料具有直接发射白光的特性。

本发明中，所述的锌盐可以是氯化锌、溴化锌、碘化锌、硝酸锌、硫酸锌或醋酸锌。

本发明中，所述的巯基化合物可以是半胱氨酸、胱氨酸、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、巯基乙醇、巯基乙酸盐、巯基丙酸盐或谷胱甘肽。

本发明优点及效果：

本发明采用了绿色环保的ZnS(Se)量子点材料作为主体，通过掺杂过渡金属铜、锰元素，改变ZnS(Se)量子点本征发光，通过蓝、黄橙光的混合达到直接发射白光的效果，得到的量子点具有良好的水溶性、稳定性和较高的量子产率。

本发明方法不需要苛刻的设备、条件，操作安全简便，毒性小、成本低，所用仪器设备均为普通设备，如：微波反应器、氮气保护装置、回流冷凝装置，反应条件简单。

通过控制稳定剂巯基化合物与锌盐的摩尔比，反应溶液的PH值，加热回流时间和铜、锰元素的掺杂量，实现了量子产率和白光度的调节。微波加热的方式，不仅大大提高了加热效率，而且能够更好的优化量子点的表面缺陷，从而得到高质量的量子点发光材料。

附图说明

图1为本发明的铜、锰共掺杂ZnS（Se）白光量子点的荧光光谱，其激发波长为330nm。

图2为本发明的铜、锰共掺杂ZnS（Se）白光量子点的吸收谱。

具体实施方式

实施例1

第一、氯化锌和半胱氨酸水溶液的制备：在三颈烧瓶中向半胱氨酸加入80ml去离子水和0.8mol/L的氯化锌溶液，其中氯化锌与半胱氨酸的摩尔比为1:2；