[发明专利]含镉荧光半导体量子点的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及硒化镉(CdSe)量子点、硫化镉(CdS)量子点、碲化镉(CdTe)量子点的制备方法，属于纳米技术领域。

背景技术

量子点是一种性质稳定可以发射荧光的半导体纳米微晶体，它具有尺寸依赖的电学和光学性能。近年来，它在很多领域有广泛的应用，比如发光二极管(LED)，非线性光学设备，太阳能电池，生命科学领域等，尤其在生物医学领域已取得了巨大进步。而CdSe由于其发射波长覆盖整个可见光区，成为目前研究最多的一种量子点。1993年Bawendi等在高温下使用有机金属前驱物裂解的方法合成出具有较强荧光性能的CdSe量子点。他们使用二甲基镉、三辛基膦和硒作为前体，三辛基氧化膦作为配位溶剂，反应温度在350℃。在此基础上，2000年Peng和他的研究小组改用CdO代替作为镉的前体，十八烷烯(ODE)和硬脂酸作为溶剂，反应温度280度，采用己基磷酸(HPA)或十四烷基磷酸(TDPA)/TOPO二组份溶剂合成II-VI型量子点。该方法在实际操作中有几个重要的优点：注射温度可以降低，合成重复性好；最初的成核作用可以延长；并且既不自燃，也不易爆炸，因此，可以使用大量的反应原料，这就使得工业规模的合成成为可能。但是它的价格非常昂贵，使得量子点的规模化制备受到限制。2006年Wang等和他的研究小组以CdO作为镉源，以Se粉作为Se源，使用油酸和液体石蜡作为CdO和Se粉的溶剂，反应温度在200℃-240℃，合成较强荧光的CdSe量子点。该方法的优点是：注射温度较低，方法较简便，没有使用有毒的配体，价格较低。

近年来，量子点的合成工艺有了很大的发展。用于合成的TOPO、TOP等价格昂贵剧毒的有机试剂逐渐被其它价格低廉无毒的试剂所取代。当另一种复合物如油酸被用来作为表面配体时，TOPO可以被非配位溶剂十八烷烯(ODE)所代替，制备出高质量的量子点。Wang等使用油酸和液体石蜡作为CdO和Se粉的溶剂，反应温度在200-240度，合成较强荧光的CdSe量子点，油酸在溶液中起俩方面的作用，一是作为表面配体；二是溶解CdO等金属氧化物。此法中的溶剂液体石蜡相对于十八烷烯(ODE)的确较为便宜，减少了成本，与使用TOPO，ODE的方法相比，延长了晶粒的生长时间，使量子点的尺寸更易于控制，而且可以得到比较高的量子产率。但是由于液体石蜡凝固点较高且有较强的粘性，得到的量子点容易凝固造成后处理比较困难，大大限制了它的大量生产。而且液体石蜡价格仍然要占到整个制备量子点原料成本消耗的70％左右。

发明内容

本发明的目的在于，为了克服现有技术的不足，提出一种含镉荧光半导体量子点的制备方法，包括硒化镉(CdSe)量子点、硫化镉(CdS)量子点、碲化镉(CdTe)量子点的制备方法，所述方法可以利用价格低廉的原料和简单的制备工艺过程，得到成本低且具有良好的分散性、粒度均匀性及荧光性的硒化镉、硫化镉、碲化镉量子点，并可现实工业化生产。

本发明的技术方案之一是，所述硒化镉(CdSe)荧光半导体量子点的制备方法为：

a.用氧化镉或醋酸镉或氯化镉作为镉源，所述镉源在185℃-195℃溶入由油酸和溶剂A组成的混合溶剂中，油酸与溶剂A的体积比为1∶5-100，氧化镉在所述混合溶液中的浓度为5mg/ml-35mg/ml，氧化镉与油酸的摩尔比为1∶2-10，得镉Cd前体溶液；

b.以硒粉作为硒源，在封闭体系中，快速搅拌将所述硒源在205℃-215℃溶入溶剂A中，硒粉在溶剂A中的浓度为4mg/ml-15mg/ml，得硒Se前体溶液；

c.按氧化镉与硒粉摩尔比为1-5∶1，镉前体溶液和硒前体溶液的摩尔浓度比为2-10∶1，镉前体溶液与硒前体溶液的体积比为1∶2-10，合并所述镉前体溶液和硒前体溶液并在150℃-250℃下反应，油酸同时作为生成的量子点的稳定剂，获得硒化镉量子点；

所述溶剂A为柴油、煤油以及色拉油、豆油、花生油、菜籽油、玉米油、茶油、麻油中的任一种。

本发明所述硒化镉量子点的一种制备方法为：

a.用氧化镉(CdO)作为镉源，在190℃左右溶于油酸和柴油的混合溶液中，使氧化镉与油酸的摩尔比为1∶2-10，氧化镉在所述混合溶液中的浓度为5mg/ml-35mg/ml，得到镉前体溶液；

b.用硒粉作为硒源，在封闭体系中及210℃左右、快速搅拌下将硒粉溶于柴油中，硒粉在柴油中的浓度为4mg/ml-15mg/ml，得到硒前体溶液，保持该硒前体溶液在150℃-230℃的温度；