[发明专利](Zn,Cd)S量子点的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米材料制备技术领域，具体的是涉及(Zn, Cd)S及其掺杂量子点的绿色化制备方法，特别是一种以无机锌源或/和镉源和硫代乙酰胺为原料、在自生压力的反应条件下进行均相沉淀以制备硫化物及其掺杂量子点的方法。

背景技术

量子点（Quantum dots, QDs）通常指半径小于或接近激子玻尔半径的半导体纳米晶体材料，是在纳米尺度范围内原子和分子的集合体，一般直径在2-20 nm之间，其尺度接近中等尺寸的蛋白质，比细菌和生物细胞小的多。由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构，受激后可以发射荧光。以(Zn, Cd)S量子点及其掺杂物为代表的Ⅱ-Ⅵ族宽带隙量子点不仅具有这一量子尺寸效应和优良的荧光性质，而且其发射光谱在可见光范围，使其在生物荧光探针标记、成像、诊断等生物医学研究领域有着广泛的应用前景。与传统的有机荧光分子相比，(Zn, Cd)S及其掺杂量子点具有激发光谱宽、发射光谱呈对称分布且宽度窄、颜色可调、光化学稳定性高、不易光解等明显的优越性。此外，(Zn, Cd)S及其掺杂量子点还可以应用于发光二极管、隐蔽和紧急照明、高分辨显示、太阳能电池、光催化和量子点激光器等领域。

量子点的制备方法对于量子点的性能品质和实际应用前景起着决定性作用。量子点传统的制备方法大多是在有机相中进行的，如金属有机化学法（X.G. Peng等，J. Am. Chem. Soc., 1998, 120: 5343-5344；J. Am. Chem. Soc., 2001, 123:183-184等），这种方法制备得到的量子点的水溶性很差，在生物探针和生物标记方面很难得到应用，而且该法所用试剂（原料如二乙基锌、二甲基镉，或溶剂如TOPO/HDA）昂贵、不稳定、剧毒、易燃易爆，以此原料合成量子点，必须要专门的反应装置，要在高温、绝氧、绝水等苛刻的条件下进行，步骤复杂，难以控制，污染也较大。利用水热/溶剂热法（J. Li等，Solid State Communications, 2004, 130: 619-622；H. Zhang等，Adv. Mater., 2003, 15(20): 1712-1715等）制备量子点需要高温（超过或接近临界温度）、高压（高压反应釜）的反应条件，对设备的要求较高，且粒子均匀性及发光效率较低的问题还需要解决。采用沉淀法（R. Vacassy等，J. Am. Ceram. Soc., 1998, 81: 2699-2707；黄风华等，合成化学，2004，12：529-531等）制备量子点的沉淀过程过于迅速（几分钟内即可完成），操作性和可控性较差，重复性不高，产物颗粒易于团聚、粒径不均匀，影响其发光效率和后续使用性能。

中国发明专利200310122744.2所公开的一种低温溶剂法制备半导体量子点材料的方法采用无机盐作为原料，在110℃~170℃的较低温度下短时间（3~60分钟）即可得到量子点，但该法仍然需要有机溶剂作为反应介质。中国发明专利200510120547.6所公开的一种制备Ⅱ-Ⅳ型量子点及对其进行水溶性转化的方法是通过表面化学的手段和方法对量子点表面进行修饰，将油溶性量子点进行水溶性化，制备过程较为复杂。中国发明专利200510029928.3和中国发明专利200910199631.X均公开一种在水相中合成量子点的方法，前者将Zn/Cd源和S/Se/Te源在反微乳液中进行反应，通过控制微乳胶液的尺寸达到调节量子点尺寸的目的；后者是将镉巯基复合物前驱体和S/Se/Te源前驱体在有机模版剂水溶液中进行反应，利用高聚物模版剂形成的胶束孔道控制量子点的粒径分布。上述两种方法中反微乳体系或模版剂溶液的配制较为复杂，可操作性与可重复性不强，且制备过程中有大量有机物废弃，容易污染环境，不利于实现工业大规模生产。

综上所述，尽管目前成功制备各种量子点的报道己有很多，但如何在得到高品质量子点的同时使制备过程更加绿色化、低成本、高效率并易于实现大批量生产等问题仍有待进一步解决。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有技术的不足而提出一种制备(Zn, Cd)S量子点的方法，从而可以利用相对简单的原料，在相对温和的条件下绿色化、低成本、高效率制备得到高品质的(Zn, Cd)S量子点。

本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：(Zn, Cd)S量子点的制备方法，包括如下步骤：