[发明专利]室温下一锅法制备高质量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，具体涉及一种在室温条件下“一锅法”制备高质量水相半导体纳米晶的新方法，该方法只需按化学计量比将各种反应物直接混合，经室温短时间放置即可得到不同荧光颜色的纳米晶，并且纳米晶存在生长平台，可以较长时间保持荧光颜色不变。 

背景技术

半导体纳米晶由于具有量子尺寸效应，因而显示出独特的尺寸依赖性发光性质，进而被应用在诸多领域中，如光伏和光电装置、智能材料、生物荧光标记、传感器等，因此逐渐成为材料研究领域的一个热点。随着研究的不断深入，各式各样的合成方法不断地被人们创造出来。作为胶体化学合成法中更为绿色、安全的合成手段，巯基水相合成法由于其成本低、污染小、易操作、良好的生物相容性等优点更是得到人们的关注。通常的制备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。但是在制备纳米晶前躯体溶液时，需要进行通氮气保护、调节溶液的pH等，同时采用的原料之一(VI族元素)一般具有强还原性需密闭保存，另外在生长过程中达到某一粒径的纳米晶的反应时间过长，消耗大量能源，这是纳米晶合成领域发展的瓶颈。 

实现纳米晶大规模生产一直是研究人员的目标。改变以往的思维定式，我们通过直接把各种反应原料进行混合，然后调节各种试剂间的比例，就可使其在室温下进行生长，同时这种制备方法可以在2小时内得到各种荧光颜色稳定的纳米晶，并且克服了以往产物纳米晶荧光峰较宽的缺点。因此，这种方法是一种适用于工业化生产纳米晶的有效方法。 

发明内容

本发明的目的就是提供一种操作简便且可快速制备水相半导体纳米晶的方法，即直接将各种反应物进行混合后室温得到目标纳米晶。 

本发明采用胶体化学方法在水溶液中直接制备II-VI族半导体纳米晶前驱体溶液，然后通过加入简单的氨类化合物来促进纳米晶的生长，并调节所加入试剂的比例来调控纳米晶的发光颜色。 

本发明采用的原料都是商业上可以直接买到的无机盐，不需要进一步处理，按 照一定比例直接混合即可，因此实验操作简便，危险性小，并且具有良好的实验重复性，同时保持了较高的荧光量子效率。本发明所述方法可适用于制备各种配体的半导体纳米晶。 

上述水溶性II-VI族纳米晶合成所用原料为镉盐，离子型碲源、离子型硒源，巯基小分子，硼氢化钠，氨类化合物。镉盐可以是CdCl₂、Cd(ClO₄)₂等；离子型碲源是Na₂TeO₃；离子型硒源是Na₂SeO₃；巯基小分子可以是巯基乙酸、巯基丙酸、巯基甘油、巯基乙胺、谷胱甘肽、L-半胱氨酸等；氨类化合物可以是N₂H₄·H₂O、NH₃等。 

具体来说，本发明步骤如下： 

在室温下敞开体系中加入镉盐，然后用水溶解，再加入巯基小分子和离子型碲源(Na₂TeO₃)和/或离子型硒源(Na₂SeO₃)，再加入NaBH₄，最后在反应体系中加入浓度为50wt％～85wt％的N₂H₄·H₂O溶液或浓度为25wt％～28wt％的氨水溶液，然后在室温下放置1.5～3小时后，即得到半导体纳米晶溶液；在反应体系中，镉盐的浓度为1.0×10^-4～3.0×10^-2mol/L，镉盐、离子型碲源和/或离子型硒源、巯基小分子、NaBH₄、氨类化合物的摩尔比为1∶0.1～0.8∶1.5～2.4∶1～132.3∶5000～120000。 

附图说明

图1(a)：CdTe纳米晶溶液加入N₂H₄·H₂O后(粒子浓度为5.0×10^-4mol/L，加入的NaBH₄为2.5mg/mL，N₂H₄的浓度为5mol/L)室温避光放置2小时后的紫外光谱(曲线1)、荧光光谱(曲线2)和在紫外光照射下的荧光照片(插图)；