[发明专利]一种硫化镉量子点的制备方法

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，涉及一种全新方法制备尺寸可调，单分散性良好的硫化镉量子点。

背景技术

半导体材料从体相逐渐减小至一定临界尺寸(1～20纳米)后，其载流子的波动性变得显著，运动将受限，导致动能的增加，相应的电子结构从体相连续的能级结构变成准分裂的不连续，这一现象称作量子尺寸效应。比较常见的半导体纳米粒子即量子点主要有II-VI，III-V以及IV-VI族。这些种类的量子点都十分遵守量子尺寸效应，其性质随尺寸呈现规律性变化，例如吸收及发射波长随尺寸变化而变化。因此，半导体量子点在照明、显示器、激光器以及生物荧光标记等领域都有着十分重要的应用。

最早的胶体量子点研究工作可追溯到1982年，Brus小组首次报道了水溶性半导体量子点的制备与光学性质。自此，一些小组相继开展了不同种类的半导体量子点的制备以及性质研究的工作。

CdS作为典型的II-VI族二元半导体，一直是研究的热点。在1993年，Bawendi研究小组通过在高温下金属有机物的热分解法制备得到硫化镉。使用二甲基镉(Cd(CH₃)₂)作为镉源，(TMS)₂S作为硫源，以配位溶剂三辛基膦(TOPO)作为溶剂，在300℃无水无氧条件下进行合成反应。但这种方法使用的有机镉毒性强，危险性高，并且溶剂TOPO价格昂贵，不利于大量的合成。同时，该方法制备的粒子需要进行尺寸选择，才能达到高质量尺寸相同，使实验过程复杂化。2002年，Peng小组将非配位溶剂十八烯ODE作为反应溶剂，并调节配体油酸的浓度合成不同尺寸的CdS.，但在粒径达到3.5纳米以上时，会发生一定程度的熟化现象。综上所述，对于CdS量子点的合成方面还存在着诸多问题，因此，对于建立新的操作简便、合成效果优良、可进行大量生产的合成CdS量子点的方法，对于纳米晶合成技术领域有着十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服背景技术存在的问题，提供一种操作简便、反应快速、可进行大量合成的方法用于制备不同尺寸的、具有良好的单分散性的CdS量子点。

本发明的技术问题通过以下技术方案解决：

一种硫化镉量子点的制备方法，其特征在于，将(TMS)₂S的十八烯溶液注入到N₂保护的羧酸镉的十八烯溶液中，在80℃～120℃温度下进行反应，得到CdS纳米簇，再以制得的CdS纳米簇作为反应前体，以有机胺作为配体，以十八烯为溶剂，在200℃～260℃温度下以热注入的方法反应1～10分钟，得到不同尺寸的CdS量子点。

所述的羧酸镉优选油酸镉或十四酸镉；所述的有机胺优选油胺、十八胺或十六胺。

所述的(TMS)₂S的十八烯溶液的浓度优选0.1～1mol/L，羧酸镉的十八烯溶液浓度优选≥0.075mol/L；(TMS)₂S的用量优选0.05mmol～33mmol；羧酸镉的用量以摩尔计优选为(TMS)₂S用量的6～10倍；有机胺的用量以摩尔计优选为在热注入反应中所用的CdS纳米簇的1～6倍；所述的以十八烯为溶剂，用量没有严格要求。

用本发明的方法生成硫化镉量子点后，还可以进一步加入丙酮或者乙醇至量子点沉淀，进而分散到氯仿或己烷溶剂中，对量子点进行提纯。

本发明制备的CdS量子点表面配体是疏水性的有机分子，具体为羧酸和有机胺。

本发明制备的CdS量子点表现出良好的单分散性，直径从2nm至5.3nm，制备的量子点的晶体结构是立方晶相，通过计算X射线衍射结果与透射电镜结果一致。说明制备的CdS量子点是组成均一，结构单一的材料。

本发明是油相法制备量子点粒子的方法，反应所用溶剂为非配位型溶剂十八烯。由于量子点表面的配体为羧酸与有机胺，通过适量的正己烷与甲醇对产物进行萃取分离，弃去溶有大量溶剂、多余配体以及少量未反应的反应物的甲醇相，对正己烷相加入适量丙酮或乙醇致量子点沉淀，进而重新分散到氯仿或正己烷溶剂中。

综上所述，本发明一种硫化镉量子点的制备方法有以下有益效果：

1、获得的量子点有良好的单分散性和稳定性。

2、获得的量子点尺寸可调，光谱可调范围宽。

3、反应过程操作简便，反应快速，可进行大量合成。

附图说明：

图1是本发明制备的中间产物CdS纳米簇的吸收光谱图。