[发明专利]一种通过阳离子交换法制备不同尺寸硫化铅量子点的方法

说明书

本发明公开了一种通过阳离子交换法制备不同尺寸硫化铅量子点的方法，以铅盐作为铅源，以廉价的硫粉为硫源，氧化镉为镉源，十八烯为溶剂，油酸为配体，采用热注法制备硫化镉量子点，通过控制硫化镉量子点的生长时间制备不同尺寸的硫化镉量子点。本发明制备的硫化铅量子点的吸收峰在888nm～1213nm，尺寸在2nm～4nm。本发明通过控制硫化镉的量子点生长控制其尺寸，经过阳离子交换，从而获得不同吸收波长的硫化铅量子点，该制备过程相对于采用TMS作为硫源的合成过程更为绿色环保，且制备成本低廉。

技术领域

本发明涉及一种通过阳离子交换法制备不同尺寸硫化铅量子点的方法，硫化铅量子点的吸收峰在888nm～1213nm，尺寸为2nm～4nm。

背景技术

硫化铅量子点是具有氯化钠立方岩盐相结构的直接带隙半导体材料，它的消光系数很大，目前广泛应用于量子点光伏薄膜电池器件中。高质量、尺寸大小可控的硫化铅量子点是在有机相(如：十八烯)中通过调控硫化铅量子点的成核和生长(通过控制反应物摩尔比、反应时间等实现)来达到的。为防止在高温状况下发生反应物的氧化以及有机溶剂的氧化，燃烧等，反应过程需要在氮气或者惰性气体等保护体系中完成。

目前，硫化铅量子点的合成主要采用热注法完成，硫源的选取主要是活性很高的TMS，但是TMS的毒性、不稳定性、挥发性等致使其在空气中放置会导致活性骤降。此外，价格昂贵也使得合成成本提高；此外，硫化铅量子点的尺寸和单分散性对其应用也有重要的意义，通常量子点光伏薄膜电池器件吸收峰位置应该小于1100nm，过大的量子点尺寸会严重影响电池性能。考虑到以上问题，本发明采用价格低廉且稳定的硫粉作为硫源，通过热注射两步法合成硫化铅量子点，通过控制硫化镉的量子点生长控制其尺寸，经过阳离子交换，从而获得不同吸收波长的硫化铅量子点，该制备过程相对于采用TMS作为硫源的合成过程更为绿色环保，且制备成本低廉。

发明内容

本发明旨在提供一种通过阳离子交换法制备不同尺寸硫化铅量子点的方法，所制备的硫化铅量子点尺寸可控，制备成本低廉，制备工艺环保。

本发明通过阳离子交换法制备不同尺寸硫化铅量子点的方法，包括如下步骤：

步骤1：将0.28g氧化镉、1.5ml油酸和18ml十八烯加入三颈瓶中，置于加热套中搅拌加热，在氩气的环境下缓慢升温至300℃，随着反应温度的升高，氧化镉与油酸发生反应，油酸作为配体与Cd²⁺结合形成阳离子前体，反应液的颜色从褐色变成淡黄色，获得镉的前驱体溶液；

步骤2：将0.032g硫粉加热搅拌溶于10ml十八烯中，得到阴离子前体，待用；

步骤3：当步骤1中反应液的温度达到280-300℃时，将步骤2配制的阴离子前体加入镉的前驱体溶液中，冰水浴，通过控制反应时间(1-5分钟)制备不同尺寸的硫化镉量子点；

步骤4：依次使用乙醇和正丁胺的混合液(4mL+0.1mL，正丁胺的加入是使脂肪酸和羧酸盐更好的融入到乙醇相中以达到去除的目的)、正己烷和乙醇的混合液(1mL+4mL，进一步对硫化镉量子点进行沉淀分离)、正己烷、三氯甲烷和丙酮的混合液(1mL+0.1mL+3mL，氯仿的加入是为了将十八烯溶液保留在极性丙酮相中，以达到去除的目的)、正己烷和丙酮的混合液(实现硫化镉量子点与溶剂的彻底分离)对步骤3制备的硫化镉量子点洗涤并离心(4000转/分钟，离心10分钟)，干燥后得到硫化镉粉末；

步骤5：将步骤4获得的硫化镉粉末加热溶于十八烯中，配制成30-40mg/ml的硫源溶液；

步骤6：将铅盐和油胺混合溶液加入三颈瓶中，置于加热套中搅拌加热至80℃并进行抽真空除水，随后破除真空环境通入氩气，升温至140℃并保温半个小时，得到白色乳胶状溶液，即为铅源溶液；