[发明专利]利用氨类化合物催化制备水相半导体纳米晶的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米晶制备技术领域，具体涉及一种通过加入氨类化合物制备水相半导体纳米晶的方法，特别是涉及一种由巯基小分子作稳定剂制备水溶性II-VI族半导体纳米晶前驱体、纳米晶前驱体加入简单氨类化合物在加热或室温放置的条件下生长，从而快速有效的制备出水相半导体纳米晶的方法。

背景技术

半导体纳米晶由于存在量子尺寸效应，可以广泛地应用在许多领域中，如发光二极管、激光器、传感器、生物荧光标记、防伪标志等。因此成为众多研究者关注的焦点。随着不断的发展，纳米晶的制备方法也在不断的更新和优化。与有机金属法相比，巯基水相法合成半导体纳米晶由于其成本低、污染小、易操作、良好的生物相容性等优点被广泛的使用。以往的方法是将制备好的纳米晶前驱体溶液，在敞开环境下加热回流得到特定尺寸的纳米晶。其缺点是生成某一粒径的纳米晶的反应时间过长，消耗大量能源。这限制了半导体纳米晶的规模化和实用化。

发展新颖、高效、节能的合成方法是研究人员亟需解决的问题。改变以往的思维定式，通过向纳米晶前躯体溶液中加入氨类物质促进纳米晶自发生长，这种制备方法既减少了能源的消耗，又加快了纳米晶的生长，是一种制备高质量水相纳米晶的有效方法。

发明内容

本发明的目的就是提供一种快速制备水相半导体纳米晶的方法，包括以下步骤：1，制备水溶性II-VI族半导体纳米晶前驱体溶液；2，向前驱体溶液加入简单氨类化合物后在加热或室温避光放置的条件下生长，从而得到半导体纳米晶。

本发明采用胶体化学方法在水溶液中制备II-VI族半导体纳米晶前驱体溶液，向前躯体溶液中加入简单氨类化合物，通过控制加热或室温避光放置的时间来调控纳米晶的发光颜色。简单氨类化合物主要以联氨、氨等小分子为主，直接加入到纳米晶前躯体溶液中。随着加热或放置时间的延长，得到不同尺寸、发光颜色不同的发光效率较高的半导体纳米晶。

本发明采用加入简单氨类化合物促进纳米晶自发生长的方法，大大缩短了纳米晶的制备周期和能量消耗，同时可以保持较高的荧光量子效率。本发明所述方法可用于制备CdTe、CdS、CdSe、ZnS、ZnTe、HgTe、CdTe_ySe_1-y、Cd_xZn_1-xTe、Cd_xZn_1-xSe、Cd_xZn_1-xS、Cd_xHg_1-xTe等各种半导体纳米晶。

上述水溶性II-VI族纳米晶前驱体溶液合成阶段所用原料为镉盐、锌盐、汞盐，离子型碲源、离子型硒源、离子型硫源，巯基小分子。镉盐可以是CdCl₂、Cd(ClO₄)₂等；锌盐可以是Zn(NO₃)₂、ZnCl₂等；汞盐可以是HgCl₂；离子型碲源可以是NaHTe、H₂Te等；离子型硒源可以是NaHSe、H₂Se等；离子型硫源可以是Na₂S、H₂S等；巯基小分子可以是巯基乙酸、巯基丙酸、巯基甘油等。

具体来说，本发明步骤如下：

1、制备离子型碲源、硒源或硫源水溶液

通过Te粉或Se粉与NaBH₄反应制备NaHTe或NaHSe水溶液：先将NaBH₄粉末充分溶解在去离子水中，然后加入Te粉或Se粉，只留一个针孔排放体系中产生的氢气，在冰水浴中反应6～8小时，得到浓度在0.5～1mol/L的NaHTe或NaHSe水溶液；或直接配制浓度在0.5～1mol/L的Na₂S或H₂S水溶液；

2、合成半导体纳米晶前驱体溶液

在反应体系中加入金属盐(镉盐、锌盐或汞盐，或两种盐的混合物)和巯基小分子(巯基乙酸、巯基丙酸或巯基甘油等)，用NaOH将反应体系的pH调到9.0～10.0，并通N₂气保护；在搅拌条件下加入上一步骤中制备的碲源、硒源或硫源水溶液，金属盐的浓度为3.0×10^-2～1.0×10^-3mol/L，金属盐、碲源(硒源或硫源)、巯基小分子的摩尔比为1∶0.1～0.8∶1.5～2.4，继续搅拌10～30分钟，得到半导体纳米晶前驱体溶液。