[发明专利]一种水溶性铜镉锌硫核壳结构量子点的制备方法

说明书

本发明涉及一种水溶性铜镉锌硫核壳结构量子点的制备方法。水溶性铜镉锌硫核壳结构量子点的荧光量子产率为40%‑82%、荧光寿命高达数百纳秒，超过大部分的碳量子点、有机染料和量子点。在阳离子摩尔比固定条件下可大范围调节量子点的荧光发射光谱，同时不改变其带隙，特别适用于需要固定带隙的光电子器件如量子点染料敏化太阳能电池。制备操作步骤：（1）将铜源、水溶性硫醇、镉源、锌源按顺序加入水中混合，调节pH值，加入硫源；再次调节pH值，加热反应，得到水溶性铜镉锌硫量子点的核溶液；（2）加入水溶性硫醇、硫源和锌源，调节pH值；加热反应，得到水溶性核壳结构量子点。本发明制备方法以水为反应溶剂，不使用有机溶剂，价格低廉，对环境友好。

技术领域

本发明涉及量子点的技术领域。特别涉及一种水溶性核壳结构量子点的制备方法。

背景技术

量子点，也称为半导体量子点，通常指半径小于或接近其玻尔激子半径的纳米颗粒，也是半导体界于分子和晶体之间的过渡态，一般粒径范围在 2-40 nm，具有独特的量子尺寸效应和表面效应，受到激发后可以发射荧光，表现出优良的荧光纳米效应。在发光二极管、量子点太阳能电池、薄膜传感器、温度探测器以及光检测器等方面具有很高的应用价值。但目前量子点的合成还存在着一些问题。首先，有机相热注射法使用的有机试剂大多价格昂贵、易燃易爆，且反应通常需在无水无氧的苛刻条件下进行，这在很大程度上增加了量子点的制备成本以及需要非常专业的合成技术；其次，为获得连续可调的荧光发射光谱，制备多元量子点时多采取改变阳离子组分的方法，这个过程需要配置多个不同组分的前体，制备过程复杂且繁琐。第三，多元量子点的荧光发射光谱的移动严重依赖量子点带隙的大小，在不改变带隙的条件下想获得连续不同的荧光发射光谱，目前并没有切实可行的方法。

发明内容

为了解决现有量子点的制备过程繁琐、使用试剂价格昂贵、易燃易爆、且反应条件苛刻等问题，本发明提供一种水溶性铜镉锌硫核壳结构量子点的制备方法。

一种水溶性铜镉锌硫核壳结构量子点的制备操作步骤如下：

（1）制备水溶性铜镉锌硫量子点的核溶液

将0.005 mmol-0.02 mmol铜源、0.6 mmol-1.75 mmol水溶性硫醇、0.025 mmol-0.1 mmol镉源、0.1 mmol-0.4 mmol锌源按顺序加入15-20 mL水中混合，加入氢氧化钠直至溶液澄清，加入0.15 mmol-0.5 mmol硫源；再次加入氢氧化钠或氢氧化钾或3-巯基丙酸调节pH值为5-12；在温度140 ℃-220 ℃下反应10分钟-2小时，冷却至室温，得到水溶性铜镉锌硫量子点的核溶液；所述核溶液中铜：镉：锌的摩尔比为1：5：10-80；

（2）制备水溶性铜镉锌硫核壳结构量子点

在步骤（1）得到的水溶性铜镉锌硫量子点的核溶液中加入0.384 mmol-1.032mmol巯基溶液、0.192 mmol-0.516 mmol的硫脲和0.192 mmol-0.516 mmol乙酸锌；用氢氧化钠水或氢氧化钾调节pH值为5-12；在温度140 ℃-200 ℃下反应15分钟-1小时，得到水溶性铜镉锌硫核壳结构量子点，其中铜：镉：锌的摩尔比为1：5：10-80；

所述水溶性铜镉锌核壳结构量子点中荧光量子的产率为40%-82%。

通过调节前体混合溶液的pH值，在阳离子比例固定条件下可大范围调节量子点的荧光发射光谱，同时不改变其带隙；制备的水溶性量子点的荧光寿命高达数百纳秒，超过大部分的碳量子点、有机染料和量子点。

进一步限定的技术方案如下：

所述铜源为氯化铜或乙酸铜或硝酸铜中的一种；

所述水溶性硫醇为3-巯基丙酸或硫代乙醇酸或硫代乙醇酸胺中的一种；

所述镉源为乙酸镉或氯化镉；

所述锌源为乙酸锌或氯化锌或硝酸锌；