[发明专利]一种量子点及其制备方法

说明书

本发明公开了一种量子点及其制备方法。与现有技术相比，本发明的合成前体和步骤环境友好、产物中无重金属元素、光致发光光谱独特且优异，具体体现在：荧光发射峰范围在370‑450nm之间，荧光发射峰的半高宽在10.8‑20nm之间，荧光量子效率高达47‑88％。本发明制备的纳米晶体的尺寸为1.5‑9nm，偏差小于10％，具体包括ZnSe、ZnSe/ZnS和ZnSe/ZnSeS/ZnS。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年6月15日提交的题为“一种无重金属的高亮蓝紫色发光量子点及其制备方法”的中国专利申请“201710450162.9”的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种量子点及其制备方法。

背景技术

量子点拥有比其他荧光材料更高的性能、寿命和能效表现，在显示科技、生物成像、太阳能电池和图像传感器等领域有着巨大的应用价值。具体来说，直径在2-10nm的CdSe、CdS以及CdTe量子点具有独特的光学性能，包括：(1)高亮度：一个单一的量子点可以发出的光是同样一个单一的有机染料可以发出的光的10-100倍；(b)发射可调：通过改变CdSe量子点的粒径大小，可以使量子点的发射在整个可见光波长范围内调节；(c)合成和表面加工简单：量子点可以通过表面改性与各种溶剂、有机物、水溶液和缓冲介质兼容，从而更容易实现多领域的应用。

然而，目前基于Cd的量子点却引来重大的环境问题：(1)镉是一种实验致畸和致突变的物质，多数镉化合物被归为高毒性物质，从而使得基于Cd的量子点具有潜在的高毒性。(2)以含镉前驱体制备量子点的实验操作过程要求高，需要专业人员谨慎并精心设计实验以确保安全性，且处理含镉废物花费高昂，这就使得成本费用问题成为制约量子点大规模生产和广泛使用的最重要因素之一。(3)Cd材料的生产、操作和废物处理对环境有害，限制使用包含镉的产品正越来越多地被相关组织和公司接受，并已经成为全世界的趋势。事实上，由于Cd材料的毒性问题，在欧盟地区，使用Cd、Pb、Hg和Sn材料都受到“零容忍条例”的规管。

一些宽带隙半导体纳米晶体，如锌硫属化合物(ZnSe和ZnS)，其化合物中不含Cd元素和其他重金属元素，可以克服目前量子点的毒性问题，同时还能保持量子点优秀的光学特性，在过去的几年中受到科研人员的关注。其中，硒化锌(ZnSe)是一种非常有吸引力的半导体材料，在电磁波谱的蓝紫色和蓝色区域具有很直接的带隙：2.70eV(～460nm)，可以作为一种在多应用领域都非常有用的材料，如蓝色发光二极管、红外探测器的缓冲层或者串联太阳能电池的第一单元等。目前已经有使用环境友好的前驱体Zn(Et)₂、Se的四丁基膦或四辛基膦溶液来制备基于蓝色发光ZnSe量子点的报道，但是这些量子点对于空气极其敏感，需要通过大量的资源来处理和处置反应，限制了该类量子点的合成规模。

当前，II-VI族半导体纳米晶如CdS、CdSe、CdTe已经被广泛的探讨过，而关于合成胶体ZnSe纳米晶的报道还非常有限。这可能主要归结于以下几个方面：缺少合适的合成方式。早期研究中合成的ZnSe纳米晶，呈现了较低的光致发光和较差的尺寸分布情况，且反应中使用气体前体以及高毒性、空气敏感的前驱体，如二乙基锌、三辛基膦、四丁基膦、四丁基膦氧化物，其量子效率平均只能维持在20-50％之间。近期，关于无磷ZnSe量子点的报道中，ZnSe量子点的量子效率虽然可以达到40％，但是其核心ZnSe量子点的量子效率并不稳定。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种高荧光、高稳定性、高单分散性的，受紫外源激发可以在蓝紫色区域发射的、无重金属的量子点，并同时提供一种通过空气稳定的前驱体制备这种量子点的方法。