[发明专利]尺寸可控半导体纳米簇和纳米晶的绿色合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及尺寸可控的硒化镉纳米簇和纳米晶的绿色合成方法。

背景技术

由于小于激子波尔直径而具有强的“量子限域效应”的胶体半导 体纳米晶(SNCs)，呈现出特有的尺寸依赖的光电子性质，它们在基 础理论和技术应用领域(光电子器件，发光二极管，太阳能电池，激 光，光电探针，生物标记，生物学领域的光学成像，生物分子相互作 用，生物分子构象研究，催化等等)引起了人们广泛的研究兴趣。在 众多的半导体材料(II-VI，III-V和IV-VI族...)中，II-VI族半导体 纳米晶，特别是作为重要模型体系的CdSe纳米晶被研究的最为深入。 CdSe(直接带隙半导体，宏观物质带隙约为1.7eV，激子波尔直径约 为)纳米簇和纳米晶，根据粒径大小的不同(～对应 的紫外可见光吸收值约为296nm-680nm)，具有宽的荧光发射光谱调 节范围(～450nm-650nm)，跨越了大部分的可见光光谱 (400nm-700nm)，并且荧光纯度很高(fwhm＝23±3)，这种光学性 质在现存的纳米晶中几乎是独一无二的。利用其相对易合成性和尺寸 依赖的光电子性质，CdSe可以作为一个理想的模型体系，对纳米晶 的生长机理和合成技术进行研究和改进，并为其它类型纳米晶(包括 半导体，金属氧化物，金属合金，贵金属和稀土掺杂纳米晶)合成路线 的设计提供了宝贵的经验和理论依据。而且，为了满足性质上的深入 研究和技术上的广泛应用，基于CdSe的各种形貌和结构的高质量的 纳米晶在过去的20多年里被不断的合成出来。

基于Bawendi.小组发展的有机相高温热解法[J.Am.Chem.Soc (1993)，115，8706-8715]，高质量CdSe纳米晶的合成路线不断被简 化并朝着绿色节约型发展。Peng小组先后用氧化镉取代了危险的有 机金属镉前体，长链烷基羧酸取代了长链烷基磷氧化物、长链烷基磷 酸和长链烷基胺作为配体，非配位溶剂十八碳烯取代了配位溶剂三辛 基氧化膦，几乎完全实现了CdSe纳米晶的绿色化学合成[U.S.Pat. No.6872249，U.S.Pat.No.7105051]。最近，CdSe纳米晶的合成又在 更为廉价的非配位溶剂体系(热传导流体，石蜡油等长烷基链溶剂) 的溶剂中得到了实现。[Asokan，S.et al.Nanotechnology(2005)，16， 2000-2011.Deng，Z.T.et al.J.Phys.Chem.B(2005)，109， 16671-16675.]在橄榄油和十八碳烯实现了无磷化[Sapra，S.et al.J. Mater.Chem(2006)，16，3391-3395.Jasieniak，J.et al.J.Phys.Chem.B (2005)，109，20665-20668.]。基于ODE体系的合成方法不断被改进， CdSe纳米晶的质量不断被提高。但是目前为止，基于非配位溶剂体 系的改进方法存在一些缺点：(i)又重新涉及到了昂贵的并且环境不 友好的有机膦相关的配体；(ii)涉及到了昂贵的并且不常见的配体， 二烷基酯和二芳基酮(hexadecyl hexadecanoate和benzophenone) [Wu，D.G.et al.Chem.Mater(2005)，17，6436-6441.]；(iii)很难精确 且经济的控制纳米晶体尺寸，(iv)目前还缺少一种单一简易的化学路 线来制备高质量全尺寸范围，既荧光发射光谱可跨越整个可见光范围 的CdSe纳米晶制备路线。