[发明专利]阴极化碲电极制备高荧光效率碲化镉量子点

说明书

一、技术领域

本发明属于纳米材料领域中的半导体量子点的制备方法。它用电化学方法，通过 阴极化碲电极制备碲化镉前驱体，以含巯基的化合物或能与镉离子配位的化合物为稳 定剂，水相制备高荧光效率碲化镉量子点，该量子点可以在纳米器件、光电子学及生 物传感等领域都有广阔的应用前景。

二、背景技术

碲化镉量子点由于量子尺寸效应和介电限域效应，发射波长可以由绿光到红光， 其独特的光电特性使碲化镉量子点在固态发光[1]、光通信[2]和生物成像与检测[3]领 域的应用日益受到关注。与金属有机溶剂法相比，水相合成法具有成本低、易操作、 毒性小、水溶液中稳定性高和生物兼容性好等优点。目前，水相合成碲化镉量子点的 碲源主要是碲氢化钠和碲化铝，碲氢化钠需要通过碲粉与还原剂硼氢化钠反应制备 [4]，碲化铝易吸收空气中的水，不易储存，使用时与硫酸反应生成碲化氢。这两种 碲源因易被空气中的氧气氧化，需要现场制备，且需要使用真空线技术(Schlenk line)， 因此制备过程较为复杂。

由于水相合成时温度低，现有制备方法中的纳米晶没有明确的成核及生长界限， 导致所获得的量子点荧光半峰宽度较宽，粒径分布不均匀，量子效率较低(3％～ 10％)[5]。张浩等[6]为了提高水相合成量子点的荧光效率，用水热法在较高的温度和 压力下，在水相中合成CdTe纳米量子点，最大荧光量子产率也只有30％。为了克服现 有量子点的缺点及满足各种需要，人们正在不断地尝试改变合成条件，提高荧光量子 产率。本发明中使用碲电极制备碲化镉前驱体，合成的碲化镉量子点具有较高的高荧 光效率，为量子点的应用奠定了基础。

[1]M.Gao，C.Lesser，S.Kirstein et al.，J. Appl Phys.2000，87，2297.

[2]G.Z.Zou，H.X.Ju，Anal.Chem.2004，76，6871.

[3]M.Bruchez，M.Moronne，P.Gin et al.，Science 1998，281，2013.

[4]D.L.Klayman，T.S.Griffin，J. Am.Chem.Soc.1973，95，197.

[5]N.Gaponik，D.V.Talapin，A.L.Rogach et al.，J. Phys.Chem.B 2002，106，7177.

[6]H.Zhang，L.Wang，H.Xiong，et al.，Adv.Mater.2003，15，1712.

三、发明内容

本发明的目的是：提出一种合成高荧光效率碲化镉量子点的方法，用电化学方法， 通过阴极化碲电极制备碲化镉前驱体。合成操作在敞开体系中进行，不需要使用特定 的保护气氛，具有简便、快速、绿色、重现性好和成本低等特点，为合成高质量碲化 镉量子点提供了一个切实可行的途径，将在纳米器件、光电子学及临床诊断等领域都 有广阔的应用前景。

本发明通过以下技术方案来实现，其步骤如下：

(1)碲电极的制备，用环氧树脂将碲棒密封在玻璃管或聚四氟乙烯管中，另一 端以填充石墨与导线相连。

(2)镉源溶液配制：以氯化镉、高氯酸镉、硫酸镉或硝酸镉为镉源，以巯基化 合物或水溶性高分子为稳定剂，配制镉的巯基配合物，并用氢氧化钠调节pH值到11。 氯化镉与琉基化合物的摩尔比为1∶1.5～1∶4。

(3)碲化镉前驱体溶液的制备：以碲电极为工作电极、Ag/AgCl电极为参比电 极、Pt丝为对电极，镉源溶液为电解液，通氮气去除电解液中的溶解氧后，在-0.90～ -1.2V的阴极化电位下进行电解，生成的碲离子量可通过流过工作电极的电量控制， 镉和碲的摩尔比控制在1∶0.3～1∶0.6。

(4)碲化镉量子点的形成：将(3)中制备的碲化镉前驱体溶液在70～95℃的水浴 中加热(80℃加热形成的量子点晶型最佳)，控制加热时间可以调节制得的碲化镉量子 点的粒径、最大发光波长和荧光量子产率。

(5)碲化镉量子点的纯化：将制得的碲化镉量子点溶液置于透析袋中，在二次 水中透析24小时，去除游离的离子和多余的稳定剂，可得稳定剂包覆的碲化镉量子 点溶液。

碲化镉量子点具有较好的稳定性，在4℃环境下可以保存数月。