[发明专利]水溶性合金量子点的水热制备方法及其应用

说明书

本发明公开水溶性合金量子点的水热制备方法及其应用，采用铜盐、锌盐、亚锡盐的低毒金属盐类化合物，高分子聚合物作为包覆稳定剂，滴加硫脲在水热条件下合成出铜锌锡硫合金量子点，随包覆剂的比例增加，发射波长可逐渐从紫外光区移向蓝光区域和可见光区域。与其他有机相合成量子点的方法相比，该方法所用原料价格低廉，安全低毒，操作简单，重现性好，对操作人员和仪器设备要求较低，且量子点水溶性好，不含有镉、汞等有毒金属元素，利于生物分析和环境水质检测。

技术领域

本发明属于量子点制备技术领域，具体涉及一种在水热条件下制备铜锌锡硫(CZTS)合金量子点的方法。

背景技术

量子点是把导带电子、价带空穴及激子在三维空间方向上束缚的半导体纳米材料。量子点具有分离的量子化能谱，其物理行为(如光、电性质)与原子相似，呈分立能级结构，因此量子点又被称作“人造原子”。由于量子限域、表面效应和尺寸效应的影响，量子点作为一种新型荧光纳米材料具有传统荧光有机染料不具备的优异特性，如宽激发、窄发射、发光范围覆盖紫外到近红外，荧光稳定性强等，尤其是其宽的激发光谱范围，可以实现单一激发光源同时激发产生多色荧光的性质。因而，量子点作为发光器件在量子点敏化太阳能电池、光电探测器和生物标记等方面都有广泛应用。

随着研究者们将量子点应用到实际检测的各个方面，人们对量子点的要求也逐渐增加。一方面，通过表面修饰增加量子点的特异性识别、通过使用无毒或低毒的原料对量子点进行合成、通过稳定剂的使用增加量子点的生物相容性、通过简化合成步骤来降低对操作人员和仪器设备的要求等。另一方面，为提高量子产率，调节发光位置，降低毒性，研究者们开始掺杂新的元素调节量子点的光学性能，可分为核壳结构量子点(如CdSe/ZnS、CdTe/CdSe等)，合金量子点(如CdSeTe、CdHgTe等)以及掺杂量子点(如Mn:ZnS等)。

铜锌锡硫(CZTS)已经被证实是一种吸收效率高(～104/cm)、光谱吸收能带值与太阳能相似(约为1.5eV)的新型化合物。铜锌锡硫因为其自身良好的光伏特性已获得了极大的关注，特别是在作为多结化合物薄膜太阳能电池方面光学和电学性能尤为突出。据报道，铜锌锡硫的粒子尺寸被调控在小于玻尔半径的范围内即可得到其荧光效应。虽然铜锌锡硫在太阳能电池方面的应用已颇为广泛，但将其作为量子点进行荧光方面应用的报道目前还非常少见。如果能通过调控成功合成出铜锌锡硫量子点，那么它与传统量子点相比在低毒，水溶性好，量子效率高，生物相容性好，成本低廉，步骤简单，对操作人员和仪器设备要求低等方面具有明显优势。因而，探索一种能在水溶液中直接合成出来的亲水性铜锌锡硫(CZTS)量子点的方法以提高其在生物医学领域和环境水质检测领域的实际应用价值有着重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供水溶性合金量子点的水热制备方法及其应用，该方法低毒，水溶性好，量子效率高，生物相容性好，成本低廉，步骤简单，对操作人员和仪器设备要求低。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

水溶性合金量子点的水热制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，按照铜锌锡摩尔比(物质的量比)2:1:1，将铜盐、锌盐、亚锡盐均匀分散在溶剂中形成分散体系，所述溶剂由水和可溶解性高分子组成，可溶解性高分子作为包覆稳定剂；

在步骤1中，铜离子的浓度范围为0.01-0.1mol/L。

在步骤1中，铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜或醋酸铜中的一种。

在步骤1中，锌盐为氯化锌、硝酸锌、硫酸锌或醋酸锌中的一种。

在步骤1中，亚锡盐为氯化亚锡、硝酸亚锡、硫酸亚锡或醋酸亚锡中的一种。

在步骤1中，可溶解性高分子的用量为0.0008—0.6质量份，水为8—10体积份，每一质量份为1g，每一体积份为1mL。