[发明专利]具有增强的稳定性和发光效率的量子点纳米粒子

说明书

已经发现某些二硫代化合物是用于量子点(QD)纳米粒子的优秀封端配体。二硫代配体的实例包括二硫代氨基甲酸酯或盐配体。这些强结合的配体能够配位至纳米粒子表面上的正原子和负原子二者。所述配体是二齿的，并且因此它们向QD表面的接近不像单齿配体的接近那样是空间位阻的。这些配体因此可以完全充满QD表面。

本申请是国际申请日为2015年2月6日、发明名称为“具有增强的稳定性和发光效率的量子点纳米粒子”、国际申请号为PCT/GB2015/050336并且中国国家申请号为201580007042.0的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用：

本申请要求2014年2月7日提交的美国临时申请号61/937,073的权益。

关于联邦资助的研究或开发的声明：不适用

发明背景

发明领域

本发明总体上涉及半导体纳米粒子(“量子点”)。更具体地，其涉及在其外表面上具有封端配体的半导体纳米粒子。

2.包括根据37CFR 1.97和1.98公开的信息的相关领域的描述。

在通常被称为量子点(QD)和/或纳米晶体的具有大约2-100nm的等级的化合物半导体粒子的制备和表征方面，已经存在相当大的兴趣。这主要是因为它们的尺寸可调节的电子、光学和化学性质。例如，许多QD在电磁波谱的可见光区中显示出相对强的发射。此外，吸收和发射的光的波长是QD的尺寸的函数。由于它们独特的光学性质，QD是用于多种商业应用的有前景的材料，例如生物标记、太阳能电池、催化、生物成像、发光二极管、以及许多新型和新兴应用。

迄今为止，最多研究和制备的半导体材料是II-VI材料，即ZnS、ZnSe、CdS、CdSe、CdTe——最值得一提的是CdSe，这是由于其在光谱的可见光区中的可调性。如提到的，半导体纳米粒子是学术和商业上令人感兴趣的，这是由于它们与相同半导体材料的相应晶体大块形式的性质相比独特的性质。均与单个纳米粒子的尺寸有关的两个基本因素是造成其独特性质的原因。第一个是大的表面与体积比。随着粒子变得更小，表面原子的数量与内部原子的数量的比率增加。这导致表面性质在小粒子的总体性质中起着重要的作用。第二个因素是，对于半导体纳米粒子来说，存在着材料的电子性质随粒子尺寸的变化。具体地，随着粒子尺寸减小，带隙逐渐变宽。这种带隙的变化是因为量子限制效应(quantumconfinement effect)。这种效应是“盒中电子(electron in a box)”的限制的结果，其产生类似于在原子和分子中观察到的离散能级，而不是在相应的大块半导体材料中观察到的连续能带。因此，对于半导体纳米粒子来说，通过光子的吸收而产生的“电子和空穴”比在相应的粗晶材料中更靠近在一起，引起电子和空穴之间的不可忽略的库伦相互作用。这导致了取决于粒度和组成的窄带宽发射。因此，量子点具有比相应的粗晶材料更高的动能，并且第一激子跃迁(带隙)的能量随着粒径减小而增加。因此，具有较小直径的量子点比具有较大直径的量子点吸收和发射更高能量的光。换句话说，可以根据粒径“调节”吸收和发射的光的颜色。

归因于在位于纳米粒子表面上导致非辐射电子-空穴复合的缺陷和悬挂键(dangling bond)处发生的电子-空穴复合，由单一半导体材料组成的单一核纳米粒子倾向于具有较低的量子效率。消除缺陷和悬挂键的一种方法是在核粒子表面上生长具有宽带隙的第二半导体材料的壳以制备“核-壳粒子”。壳半导体材料优选具有与核材料的小晶格错配从而使两种材料之间的界面最小化。核-壳粒子将被限制在核中的电荷载流子从表面状态中分离，否则表面状态会起非辐射复合中心的作用。常见的实例是在CdSe核的表面上生长的ZnS。过度的应变可能会进一步造成导致低量子效率的缺陷和非辐射电子-空穴复合。

已经报道了多种用于制备半导体纳米粒子的合成方法。早期途径应用常规胶体水性化学，而较近的方法涉及使用有机金属化合物的纳米微晶的动力学控制的沉淀。