[发明专利]水溶性CdZnTe三元量子点的水相合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米技术领域的合成方法，具体涉及一种水溶性CdZnTe三元量子点的水相合成方法。

背景技术

半导体量子点由于其特有的量子尺寸效应和表面效应，相对于传统的荧光染料分子用作标记物具有许多优点：激发光的光谱宽、发射光谱窄、对称，荧光发射波长可通过改变量子点的尺寸和组分而加以调节，因此不同尺寸的量子点能被单一波长的光激发而发射不同颜色的荧光，可用于多目标分子的多色标记。此外，量子点的发光强度高，光化学稳定性好，因此不仅在光电器件、发光二极管、固体发光器等光电信息领域有着广泛的用途，在分子生物学、免疫生物学、临床医学等生物医学领域显示出广阔的应用前景。

应用于生物学领域的半导体量子点除了需要具有优异的发光性能(高的荧光量子效率和窄的荧光光谱半高宽)，还要求它具有水溶性。因此，制备出光学性能优异的水溶性半导体量子点成为近年来量子点制备的研究热点。近年来，水溶性量子点的制备大多涉及II-VI和III-V副族的化合物，其中以二元量子点或者二元核壳结构量子点为多数，而水相中合成三元量子点则相对较少。

经对现有技术的文献检索发现，新加坡生物工程及纳米科技学会的Z.Yang等人在《Advanced Materials》(《先进材料》，2007年19卷1475-1479页)发表了“Aqueous Synthesis of Glutathione-Capped ZnSe and Zn_1-xCd_xSe AlloyedQuantum Dots(“谷胱甘肽包裹的ZnSe及Zn_1-xCd_xSe合金型量子点的水相法合成”)，在该文中采用了以下制备方法：在95℃条件下加热回流ZnSe前体溶液，通过改变不同的反应时间获得发射波长从350～370纳米的ZnSe量子点；并在所得到的ZnSe量子点溶液中再加入Cd前体溶液，之后继续加热回流混合溶液，通过改变不同的反应时间以及不同的Cd/Zn比例，获得发射波长从430～470纳米的Zn_1-xCd_xSe三元量子点。在此体系中，采用谷胱甘肽作为量子点的配体，并可通过改变Cd/Zn比例来调节其发射波长，例如该文献中得到的Zn_0.75Cd_0.25Se，Zn_0.62Cd_0.38Se，Zn_0.4Cd_0.6Se发射波长分别为428nm，448nm，474nm，其量子效率分别为20％，31％，50％。但这种方法的一个显著缺点是该三元量子点的制备需要分两个阶段进行，即在需要在制备ZnSe量子点的基础上进一步合成CdZnSe量子点，而第一阶段所获得ZnSe量子点的性能将对进一步获得的CdZnSe量子点性能产生影响，如ZnSe量子点的荧光量子效率、荧光发射峰半高宽以及其可能存在的缺陷等。

发明内容

本发明针对现有三元量子点的水相合成技术领域的不足，提供了一种水溶性CdZnTe三元量子点的水相合成方法，使其一步制备得到水溶性CdZnTe三元量子点，反应步骤简单且条件温和，获得的水溶性CdZnTe三元量子点具有良好的分散性、粒度均匀性及高荧光量子效率。

本发明是通过如下技术方案实现的：选用镉盐或镉的氧化物为镉源，锌盐或锌的氧化物为锌源，碲粉与硼氢化钠形成的碲氢化钠为碲源，以巯基化合物为稳定剂，在氮气保护下制得Cd、Zn前体溶液的混合溶液，并在其中注入碲氢化钠后在加热回流条件下反应，得到水溶性CdZnTe三元量子点。

本发明方法包括三个步骤：

(a)配制作为碲源的碲氢化钠NaHTe溶液。

将碲粉Te和硼氢化钠NaBH₄按摩尔比1/2.2混合后加入1毫升去离子水，在30℃静置反应2小时，制得Te前体溶液NaHTe溶液。

(b)配制Cd²⁺、Zn²⁺前体溶液的混合溶液

将镉盐或镉的氧化物、锌盐或锌的氧化物和巯基化合物按(Cd²⁺+Zn²⁺)/巯基摩尔比1∶2.5、Cd²⁺/Zn²⁺摩尔比0.4∶1～2.5∶1混合溶于去离子水中配制成Cd离子浓度4毫摩尔/升的前体溶液，并调节溶液pH值为9.0。在Cd、Zn前体溶液的混合溶液中通氮气30分钟。

(c)制备CdZnTe三元量子点