[发明专利]II型核壳结构半导体纳米晶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及荧光半导体纳米材料的制备技术领域，具体的涉及到具有II型结构的核壳结构荧光半导体纳米晶及其制备方法。

背景技术

半导体纳米粒子也称为半导体量子点,由于其独特的光电特性使它在光电器件、生物标记等方面具有广阔的应用前景。核壳结构纳米晶是在单一纳米晶的基础上包覆一种或者多种以上其他材料形成的复合结构纳米晶。半导体核壳结构纳米晶按照构成此核壳结构的核与壳的材料带隙不同，可以分为I型和II型。I型：即以宽带隙半导体材料为壳层包覆窄带隙半导体为核心的纳米晶。在I型半导体核壳结构纳米晶里面，光生电子和空穴限域在同一种成分里面，因此I型结构可以提高纳米晶的荧光量子产率，并且提高核壳结构纳米晶的稳定性。II型：壳层材料的价带或者导带处于核材料价带和导带之间。在II型结构的半导体纳米晶中，光生电子和空穴在物理空间上是分开的，不在同一种组分里面。如果电子在核中，则空穴在壳中；而电子在壳中，则空穴在核中。利用II型半导体核壳结构，可以通过改变核壳结构的组分材料，改变核的大小和壳的厚度，去控制II型半导体纳米晶的带隙，从而调控其发光。近年来II型核壳结构纳米晶由于其特殊性质在太阳能电池等光电转换器件、半导体纳米晶发光器件（如LED，平板显示）及生物荧光标记等领域的研究工作备受关注。但现今II型核壳结构的制备工艺较为复杂；合成质量不高；通常使用三丁基膦（tributyl phosphine,TBP）或三辛基膦(trioctylphosphine,TOP)等易燃易爆的危险化学药品溶解硒或碲作为硒或碲的前躯体；制备成本高。因此成本低、简单易操作的合成具有II型核壳结构半导体纳米晶的方法一直是行业研究的重点。

发明内容

本发明提供一种低成本、简单便捷的合成II型核壳结构半导体纳米晶（包括CdS/ZnSe, CdS/ZnSe/ZnS, ZnSe/CdSe, ZnSe/CdSe/ZnS, CdTe/CdSe, CdTe/CdS, CdTe/CdSe/CdS和ZnSe/CdSe/ZnCdS/ZnS等）的方法，解决目前制备过程复杂、反应条件苛刻、制备质量较低、合成成本高等问题。

本发明采用的技术方案如下：

II型核壳结构半导体纳米晶的制备方法，将点状颗粒的CdS或ZnSe或CdTe纳米晶溶于高沸点有机溶剂并于惰性环境下排除溶液中的氧气得到溶液1，然后将12族元素的前驱体与硫属元素前驱体分别溶于相同溶剂的溶液混合得到混合液2，将混合液2滴加至溶液1中，混合溶液加热至180-300℃使纳米晶生长，得到以CdS或ZnSe或CdTe纳米晶为核，以硫属化物为壳的II型核壳结构纳米晶；所述溶剂为溶点不大于60℃的非配位溶剂；12族元素与硫属的物质的量比为1：1-1.5。

具体的，以上所述溶剂可选自下列之一或任意几种任意比例的混合物：液体石蜡、石蜡或矿物油，其中最优先选液体石蜡，可以最大限度的降低合成成本。加入溶剂的量以溶解量为宜，且最好不要超过反应容器体积的1/2。

本发明采用把12族元素前躯体和硫属化物混合加入的方法，同时采用了价格低廉的溶剂，此法不仅增加了合成的可操作性，同时还使合成工序简化、降低了成本，合成的II型核壳结构纳米晶质量高。

本发明进一步对不同材料纳米晶核包覆壳层结构作了系统的分析，且对不同类型的纳米晶核提出了不同的最恰当的生长温度。具体可参照如下进行，对于CdS纳米晶核，混合溶液注入（生长）温度为260-300℃；对于ZnSe纳米晶核，混合溶液注入（生长）温度为240-260℃；对于CdTe纳米晶核，混合溶液注入（生长）温度为220-250℃。制备多壳层或不同厚度II型核壳结构纳米晶的过程中，注入（生长）温度也可根据上述方法确定。温度的强针对性也使得合成核壳结构纳米晶的质量更好，更稳定。

进一步，将混合液2滴加入溶液1时滴加速度控制在1-2滴/s为宜。

以上所述12族元素的前驱体最优选择是镉盐或锌盐。镉盐包括油酸镉、硬脂酸镉、癸酸镉、月桂酸镉、肉豆蔻酸镉、棕榈酸镉、氧化镉或硝酸镉；锌盐包括油酸锌、硬脂酸锌、癸酸锌、月桂酸锌、肉豆蔻酸锌、棕榈酸锌或氧化锌。