[发明专利]使用电子转移剂制备纳米晶的方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2008年10月3日提交的美国临时申请序号61/102,589的优先权，其内容通过引用全文并入。

对联邦政府赞助研究下产生的发明权的声明

本文中公开的实施例的一部分是在与国家标准与技术研究院和美国商务部的合作协议No. 70NANB4H3053的政府支持下进行的。政府在该公开的实施例中拥有一定权利。

技术领域

本公开提供使用两种电子转移剂合成纳米粒子的方法。更特别地，本公开提供制造可用于多个领域，包括生物学、分析与组合化学、医疗诊断、遗传分析、太阳能转换和显示器的纳米粒子的方法。

背景技术

半导体纳米晶具有介于单个分子与成块物质之间的独特的光学性质，并且对于在生物学、化学、医学和遗传学中的多种实验方法中检测、跟踪和观察单个分子与微观生物学与生物化学结构而言越来越重要。它们提供易于观察且足够明亮以致能用单个纳米晶实现切实观察的荧光信号。

由金属-阴离子二元盐形成核纳米晶的多种方法在本领域是已知的。这些方法通常可以根据所用反应物的类型和基于如何比较反应物的氧化态而产生的推测的机理来分类。

在第一种途径中，彼此反应的金属与非金属组分均以其中性原子形式提供。例如，Murray等人, J. Am. Chem. Soc., 1993, 115: 8706描述了二甲基镉（Me₂Cd）与三辛基硒化膦（TOPSe）的反应，这两种反应物在溶液中分别释放中性镉（Cd⁰）与硒（Se⁰）原子，以致不需要电子转移以便令它们的氧化态匹配。由于该反应物处于适合相互反应的形式，这种情况被视为氧化态的“匹配”：既不需要氧化或还原才能发生反应，也不会造成净电子的失衡。此类反应通常非常快地进行，因为镉与硒原子在碰撞时立即反应形成硒化镉（CdSe）。

在第二类中，该金属与非金属组分均以它们的离子形式提供。例如，Peng等人，J Am. Chem. Soc., 2001, 123:183描述了在TOPO与膦酸配体，如己基膦酸（HPA）、十四烷基膦酸（TDPA）或辛基膦酸（OPA）的存在下使用氧化镉（CdO）作为镉离子源制备CdSe和碲化镉（CdTe）。镉盐在溶液中释放Cd²⁺离子。同时双(三甲基甲硅烷基)硫化物（TOPSe）在溶液中释放Se^2-。这些反应也非常快地进行，由于该镉与硫离子同样立即反应形成硫化镉（CdSe）。该反应类型被认为是“匹配”的，因为也不需要氧化或还原各物类，且它们可以以适当的化学计量反应以制造中性产物。

在各自这些种类中，中间体对彼此的极高反应性使得难以控制粒度、粒子产率和粒度分散性。反应物类一旦在溶液中释放，就会以扩散受控的速率或非常接近那么快的速率反应。在一些情况下，使用配体或溶剂可以略为减缓该反应，但是这些途径不能提供控制粒子生成的一般途径。

特别地，例如，通常不可能防止此类反应形成新的纳米晶（称为成核，其使得难以控制旨在在现有纳米晶上添加壳的反应）。通常需要在纳米晶上形成壳以用于某些用途，因为该壳极大地改善了该纳米晶核的化学和光稳定性。该壳通常由与下方的核纳米晶不同且互补的半导体材料制成；因此，如果壳形成反应造成成核，则会形成与想要的那些混合在一起的具有与想要的不同的组成的新纳米晶。且一旦它们以混合物形式形成，极难分离这些纳米晶。