[发明专利]超小型PbSe量子点的制备方法

说明书

本发明公开了一种超小型PbSe量子点的制备方法，在超小型PbSe量子点合成过程中，采用少量Sn作为成核促进剂控制量子点的成核和生长，获得的超小PbSe量子点的平均直径约为1.6nm，吸收峰在550nm左右，发光峰位置在750nm左右，而常规型PbSe量子点的直径通常在3—10纳米范围内，相应的近红外发光在1000—2000nm范围内。本发明方法是通过离子交换来用于控制成核过程和合成超小量子点的实验方法，通过该制备法获得的超小型量子点量子效率高，具有更高的发光效率，并且可实现可见光波段的吸收以及发射。合成的超小型量子点可应用在发光材料和太阳能电池等器件上。

技术领域

本发明涉及量子点的制备领域，具体是一种超小型PbSe量子点的制备方法。

背景技术

铅硫系(PbS、PbSe和PbTe)半导体纳米晶体因在红外光子器件、生物学、太阳电池和其他方面上应用的潜力而受到了广泛关注。根据量子限域效应，当量子点尺寸远小于其激子波尔半径时就会具有独特的光学特性。其中PbSe量子点具有较窄带隙(0.28eV)、并且尺寸小，然而玻尔半径很大(46nm)，尺寸远小于它的波尔半径，因此它具有很强的量子限域效应，所以对于PbSe量子点，就可以有上述所说的应用。到目前为止，人们已经广泛地研究了PbSe量子点的合成方法、光学性质和应用。一般来说，量子点可以通过化学热注射法合成然后分散到有机溶剂中，或通过热处理的方法沉淀到玻璃基体中。PbSe量子点的直径通常在3—10纳米范围内，相应的近红外发光在1000—2000nm范围内，通常当量子点尺寸的增大到10纳米以上时，量子点的光致发光效率就会显著降低。最近有研究发现，当PbS和PbSe量子点的尺寸减小到小于2纳米时会出现可见光范围内的吸收峰和发射峰，此外，小尺寸的量子点可以在太阳能电池中提供大的开路电压(VOC)和高的光电流来以此提高光电转换效率。

量子点的合成过程包括成核和纳米晶生长两个过程。纳米晶的生长过程可以通过合成温度和时间来控制，而成核过程往往都很快，不好控制，但是为了合成超小量子点，那么实现对成核过程的控制就是必不可少的。事实上，在常规的化学合成工艺和热处理工艺中，要控制好量子点成核过程，形成超小量子点并不容易。为了解决这个问题，科研工作者们近几年也研究了几种方法，比如通过物理控制，其中包括通过热液淬冷来中断纳米晶体的生长，在低温合成量子点，在成核过程中使用钝化剂进行化学控制也是一种制备超小型量子点的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种超小型PbSe量子点的制备方法，通过加入Sn元素，控制PbSe量子点成核过程，通过热注射法制备尺寸小，光稳定性高，荧光效率高的超小尺寸的PbSe量子点。

为实现上述目的，本发明提供的超小型PbSe量子点的制备方法，其特征在于：在热注射法合成实验过程中添加Sn²⁺，它包含如下步骤：

(1)量取10毫升二苯醚与1.28毫升油酸于三颈圆底烧瓶中，称取2毫摩尔Pb(Ac)₂·3H₂O溶解于其中，并将6mol％油酸锡作为成核促进剂添加到含有Pb(Ac)₂·3H₂O、二苯醚和油酸的三颈烧瓶中；将溶液在80℃抽气1小时以去除溶解的氧气和水分，然后充入氮气作为保护气体，将得到的溶液称为溶液A；

(2)在氮气气氛手套箱中，将0.02摩尔硒粉与20毫升三辛基膦，即TOP混合搅拌至溶液澄清使得硒粉完全被溶解，制备出的TOP-Se作为硒前体溶液，称为溶液B；

(3)将步骤(1)中溶液A加热到120℃，然后用注射器量取5ml步骤(2)中的溶液B快速注入到步骤(1)的溶液A中，得到溶液C并在120℃下保持2分钟，以便超小型PbSe量子点的成核和生长；然后，将溶液C缓慢冷却至室温；将所得溶液C与甲醇和四氯乙烯混合后，用高速离心机至少纯化2次；最后，将离心后得到的量子点分散到20ml四氯乙烯中，即制得超小型PbSe量子点；