[发明专利]微波法制备水溶性CdS:Ag掺杂纳米晶体

说明书

技术领域

本发明属一种掺杂型CdS:Ag半导体纳米晶体材料的水相制备方法，特别涉及荧光发射波长覆盖整个可见光区域的CdS:Ag纳米晶体的制备方法和合成装置。 

背景技术

硫化镉（CdS）是一种重要的高发光量子产率的半导体材料。近些年，用巯基化合物为稳定剂在水相合成高质量的CdS纳米晶开始被研究，最近研究发现CdS在光电转换方面是一种极有前途的半导体材料。但采用巯基化合物稳定的CdS纳米晶的荧光发射峰位置主要集中在420 ~ 510 nm，很难扩展到整个可见区域。因此限制了CdS纳米晶的发展。 

通过掺杂技术可以改变CdS纳米晶的荧光性质，但是该方法一般局限在有机相合成领域，主要是将锰和铜金属离子掺杂在CdS纳米晶中，虽然在一定程度上改变了CdS纳米晶的发射峰位置，但是可调范围非常窄，一般不超过20 nm。而且有机相掺杂的方法，工艺复杂，条件要求苛刻，毒性很大，对操作人员的身体危害性大，很难大批量地合成，无法实现工业化。目前水相掺杂技术无法改变CdS纳米晶的荧光性质，主要原因是表面金属离子，例如：铜离子，与巯基化合物发生氧化还原反应，严重影响溶液的稳定性，从而导致荧光衰减，并且还没有合适的方法进行改善。在此处键入背景技术描述段落。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服背景技术的不足，通过微波技术在CdS纳米晶中掺杂Ag⁺，改变CdS纳米晶的荧光性质，主要技术包括：提供稳定、均匀微波的微波发生器、Ag⁺掺杂顺序和位置，及稳定剂的选择，实现快速合成。对操作人员身体基本无危害的合成CdS:Ag纳米晶材料的方法。 

本发明在合成CdS:Ag纳米晶材料的方法采用如下技术方案予以实现。它包括下列顺序的步骤： 1)   将水溶性的镉盐、巯基化合物与水放入三颈烧瓶中，在室温下磁力搅拌装置进行搅拌，，调至碱性，pH值为设定值，得到稳定的镉源； 2)   在100 mL水中加入5 mL 0.01 molL^-1的Ag⁺，完全溶解后，加入1.25 μL 巯基丙酸，混合均匀后倒入安装在三颈烧瓶右上侧的恒压漏斗中； 3)   将0.2 molL^-1 Na₂S溶液 1 mL放入安装在三颈烧瓶左上侧漏斗中，为稳定的硫源溶液； 4)   打开右侧卸料阀门，缓慢地将银源溶液滴加至完毕，关闭右侧卸料阀门，常温下得到掺杂镉源溶液； 5)   打开控制漏斗开关的卸料阀门，在磁力搅拌下，缓慢滴加硫源溶液，控制在5分钟左右滴加完毕，关闭卸料阀门，继续搅拌半小时后，得到掺杂CdS:Ag纳米晶前驱体水溶液； 6)   将掺杂纳米晶溶液转移到石英微波反应管中，设置加热时间和温度，在微波作用下，得到掺杂CdS:Ag纳米晶溶液； 7)   采用冻干技术除去未反应的前驱体，得到CdS:Ag纳米晶材料的固体粉末。 

技术方案中所述：溶液中的镉盐为水溶性的盐，可以选用硝酸镉、氯化镉、乙酸镉或高氯酸镉，分散剂可以选用巯基丙酸、巯基乙酸或半胱氨酸，镉盐和分散剂摩尔比为1:2~5，在水中溶解的镉盐和分散剂，调至碱性，pH值为9~13，得到稳定的镉源；掺杂的Ag⁺可以选用硝酸银溶液，同时加入巯基丙酸，形成配合物，与镉源混合后，形成掺杂的镉源溶液；硫源为含有S^2-的水溶液，可以选用硫化钠、硫化钾或硫化氢气体；CdS:Ag纳米晶前驱体是将硫源和掺杂镉源在搅拌条件下均匀地混合在一起而得到，加入量按摩尔比为Cd²⁺： S^2-=3~5:1，此前驱体溶液为掺杂纳米晶核，为掺杂CdS:Ag纳米晶的生长提供原料；在必要的情况下，如果三颈烧瓶内的气体使气压高于大气压时，可以通过卸料阀减压，保证滴加速度稳定。设置微波温度为100℃，加热时间为20~100分钟。当CdS:Ag纳米晶的生长到设定尺寸时，表现出其特有的荧光特性，通过荧光分析仪进行表征；采用冻干技术除去未反应的前驱体，冻干时间控制在12小时内，冻干后的掺杂CdS:Ag纳米晶材料放置在真空干燥器内，室温放置即可。 

本发明的有益效果： 

1)      本合成掺杂CdS:Ag纳米晶材料的方法和传统生产方法对比，本方法制备成本低、重复性好、毒性低，为产品的商品化提供了一种实用的方法；

2)      本合成方法和传统方法相比，速度更快、效率更高、能耗更低；