[发明专利]真空辅助大尺寸硫化铅量子点大批量多次注射合成方法

说明书

真空辅助大尺寸硫化铅量子点大批量多次注射合成方法，属于纳米材料技术领域。包括前驱体溶液、一次成核注射以及多次成长注射，此技术通过大体积前驱体溶液减弱生长过程中的奥斯瓦尔德效应以减小尺寸分布差异、通过多次注射使量子点生长得到尺寸分布均匀的大尺寸(粒径8nm以上)PbS量子点。设计一种合成装置，包括一套加热控温搅拌设备(磁力搅拌器、热电偶、加热套)、一个三颈烧瓶、一根冷凝管以及一种专门设计的分液漏斗，其中热电偶、冷凝管、漏斗与三颈烧瓶直接连接，真空泵通过橡皮管与冷凝管连接以维持三颈烧瓶内部的高真空度。装置接口处用封口膜隔绝外部氛围维持真空度并放置于手套箱中。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种量子点大批量合成的制备方法及其依托设备。

背景技术

胶体量子点，colloidal quantum dots(CQD)，是一种三维尺寸上都在纳米级别并且尺寸小于其激子波尔半径，由数百个原子组成的点状的0D半导体材料。量子点材料尺寸可调的带隙的特殊性质来源于其小于激子波尔半径的尺寸带来的量子限域效应(quantumconfinement)，首先，不同于宏观的材料，量子点包含的原子数有限，根据久保理论可知δ(公式①)有一定的值，这就使得量子点的能级具有一定的间隙，而当量子点的直径小于其激子波尔半径时，空穴和电子由于平均自由程的减小，更容易形成激子，造成波函数的重叠，而胶体量子点的半径越小，空穴和电子的波函数重叠程度越高，产生电子-空穴对所需要的能量增大，这就造成了量子点带隙特殊的尺寸可调性。

通过对量子点的尺寸进行调节以调节它们的带隙，使得它们适应不同的应用领域，例如太阳能电池、近红外光电探测器等。除了带隙的尺寸可调性之外，胶体量子点还有诸如低成本合成、柔性基底兼容性之外，这使得量子点有着广泛的应用空间。

目前，胶体量子点的主流合成方法仍是热注射法，这种方法的成本低廉，稳定性强，但是通过人力注射的热注射仍存在进样速率较低、产量较低的问题(0.3-0.4g/次合成)，尤其是大尺寸量子点(指1800nm以上吸收峰)需要多次注射，其合成费时、产量更低，面对日益增长的实验、工业需求，有必要对大尺寸量子点的热注射法工艺进行改进。

发明内容

针对现有的大尺寸硫化铅量子点多次热注射合成的不足或改进需求，本发明提出了一种新型热注射法合成装置，其目的在于通过真空辅助实现硫前驱体的快速多次注入以合成均匀的大尺寸量子点，且操作简单，易于使用。

采用的装置包括一台真空泵、一套加热控温搅拌设备(包括配套的磁力搅拌器、热电偶、加热套)、一个三颈烧瓶、一根冷凝管，以及一根注射用漏斗或分液漏斗(以下简称漏斗)，其中热电偶、冷凝管、漏斗分别与三颈烧瓶的三个口直接配合连接，真空泵通过橡皮管与冷凝管的上端连接用于对三颈烧瓶抽真空，在工作时维持三颈烧瓶内部的相较于漏斗的高真空度，接口处均用封口膜包裹隔绝外部气体维持体系真空度；整套装置放置于手套箱中；所述的漏斗上端设有一个端口或两个端口；

本发明真空辅助大尺寸硫化铅量子点大批量多次注射合成方法包括以下步骤：

S1、在三颈烧瓶内将铅源与初始配体、有机溶剂混合，搅拌加热制备铅前驱体；

S2、将硫源与有机溶剂形成的硫前驱体混合液加入到漏斗中，然后对三颈烧瓶抽真空；通过压力差由漏斗向三颈烧瓶的反应体系中快速注射加入硫前驱体混合液，制备硫化铅量子点核；

S3、根据需要向S2的漏斗不断加入硫前驱体混合液，通过压力差由漏斗向三颈烧瓶的反应体系中快速注射加入硫前驱体混合液，使得量子点不断生长；

依次类推，不断地向漏斗加入硫前驱体混合液，然后向通过压力差由漏斗向三颈烧瓶的反应体系中快速注射加入硫前驱体混合液，使得量子点不断生长；即S(D-1)的反应体系中再次注射加入硫源与有机溶剂的硫前驱体混合液，得到期望粒径的量子点，其中的D代表本步骤，D-1代表前一步骤；