[发明专利]水相快速制备硫醇包覆的可溶性近红外CdTe量子点的方法

说明书

【技术领域】：

本发明涉及量子点的制备领域，特别是水溶性CdTe量子点的方法。

【背景技术】：

量子点是一种半导体纳米晶体或微晶，由II-VI、III-V或者IV-VI周期元素组成的，直径在1-12纳米的球状物质。目前研究较多的是CdS、CdSe、CdTe、ZnS等II-VI型量子点。这些纳米微粒表现出与宏观物质不同的性质，包括高量子发射产率、发射光谱的尺寸可调、窄的光谱带等。此外，控制尺寸大小可以调节发射光谱的位置。量子点独特的性质基于它自身的量子效应，当颗粒尺寸达到纳米量级时，由于尺寸限域引起尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应，从而派生出纳米体系具有常观体系和微观体系不同的低维物性，展现出许多不同于宏观材料的电子和光学特性，使其在发光材料、光敏传感器等方面具有广阔的应用前景。

目前采用化学方法合成量子点主要有金属有机化学法和水相合成法。

金属有机化学法是一种常用的合成量子点的化学方法。该方法通常是在无水无氧条件下，以TOP、TOPO等为配体，以组成元素的有机配合物为前体，在200～300℃的条件下回流合成，这种方法制备量子点的缺点是制备条件苛刻，反应步骤复杂，试剂成本高，毒性较大；为了进一步的应用，需要将有机合成法制得的量子点转移到水相，其步骤繁琐，处理后得到的量子点水溶液的量子产率和稳定性都大大降低。

近几年来，直接在水溶液中合成性能优良的量子点成为研究热点。水相合成法的基本原理是在水中加入稳定剂(如硫醇化合物等)，通过水相离子交换反应得到纳米粒子。其反应条件温和、操作简单、毒性小、成本低。由于量子点是在水相中合成的，直接解决了纳米粒子的水溶性问题。但是水相合成的量子点具有发射光谱宽、尺寸分布不均匀、荧光量子产率低等缺点。

在II-VI型量子点材料中，CdTe量子点的以它的荧光光谱窄，荧光发射的可调范围宽，量子产率较高，受到广泛关注。但同时，影响CdTe量子点荧光发射位置和强度的因素有很多，例如pH、加热时间、反应前体的浓度和比例等。另一方面，由于水相合成中，受到溶剂水的沸点的影响，反应体系很难得到足够的能量使CdTe量子点从立方硫化锌晶型(zinc blende structure)能带更窄的六方硫化锌晶型(wurtzite structure)转变；因而，通过常规方法水相合成近红外CdTe量子点，往往需要耗费较长时间或者向其中掺杂其他重金属离子。

本方法利用硫醇化合物结构中，除了巯基之外的其他官能团(例如氨基和羧基)作为导向基团，通过调控反应前体中硫醇化合物与镉离子的比例诱导CdTe量子点在形成过程中的不定向生长，从而加速上述的晶型转换得发生，缩短反应时间，达到简单快速合成水溶性近红外CdTe量子点的目的。

【发明内容】：

本发明的目的是提供一种通过调控硫醇用量，水相快速制备近红外CdTe量子点方法。

一种水相快速制备硫醇包覆的可溶性近红外CdTe量子点的方法，该方法包括如下步骤：

(a)在密闭反应容器内，加入NaBH₄或KBH₄与Te粉，加入去离子水，磁力搅拌下常温反应，制得无色透明液体，即新鲜无氧的NaHTe或KHTe水溶液；

(b)镉盐或镉的氧化物、氢氧化物和巯基化合物水溶液的制备：在烧杯中向巯基化合物加入去离子水和镉盐或镉的氧化物、氢氧化物的水溶液，用NaOH水溶液调节pH至10.0～12.0；

(c)三口瓶中加入(b)步骤所得溶液，氩气保护，搅拌；

(d)取(a)步中制备的新鲜无氧的NaHTe或KHTe水溶液，加入到(c)步中；

(e)(d)步中的混合溶液加热回流，反应，即可得到近红外CdTe量子点；

(f)取适量(e)步溶液作为观测荧光和表征试样；得到水溶性的近红外CdTe量子点，荧光最大发射波长在650～800纳米。

所述的步骤(a)中，NaBH₄(KBH₄)与Te粉的摩尔比为2∶1～3∶1，加入去离子水的量为1～5mL，磁力搅拌下常温反应时间为10～60分钟。

所述的步骤(b)中，镉与巯基的摩尔比为1∶0.81～∶1.2。

所述的步骤(c)中，搅拌时间为20～30分钟。

所述的步骤(d)中，取(a)步中制备的新鲜无氧的NaHTe或KHTe水溶液，加入到(c)步中，使Cd∶Te∶巯基的摩尔比为4∶0.5～1∶4～4.8。

所述的步骤(e)中，加热回流，反应时间为60～90分钟。