[发明专利]具有局域表面等离子体共振吸收的金属氧化物纳米晶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有局域表面等离子体共振吸收的金属氧化物纳米晶及其制备方法。利用金属化合物、油酸和1‑十八烯制备金属化合物前驱体，再加入反应添加剂、1‑十八烯，通过加热分解制备金属氧化物纳米晶；本发明通过调控反应条件可以获得尺寸大小为5.2～40.3 nm，LSPR吸收峰在2.40～5.88μm范围内可调的金属氧化物纳米晶材料，覆盖具有重要应用价值的3～5μm中红外区域。本发明制备的金属氧化物由于在中红外区域有可调控的局域等离子体共振吸收，因此，在中红外区域光电探测、光通讯等方面有着巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种在中红外区域有局域表面等离子共振吸收的金属氧化物纳米晶及其合成方法。

背景技术

当光线入射到纳米颗粒上时，如果入射光子频率与纳米颗粒中自由载流子的整体振动频率相匹配，该纳米颗粒就会对光子能量产生很强的吸收作用，就会发生局域表面等离子体共振。具有局域表面等离子体共振(LSPR：Localized Surface Plasmon Resonance)效应的纳米晶在光电子器件、数据存储、显微镜、太阳能电池和生物传感等方面有着巨大的应用前景。

对于目前研究最为广泛的贵金属物质（金、银、铜）而言，其自由载流子浓度很大，等离子体共振吸收峰大多处于可见光范围内。同时，对于一个给定的金属纳米粒子而言，其化学组成和形貌固定，局域表面等离子体共振频率很难大幅度调控，这在很大程度上限制了表面等离子体共振的推广应用。2009年，Clemens Burda课题组首次发现Cu_2-xS纳米晶在近红外区域的吸收来自于其局域表面等离子体共振吸收，2011年，A. Paul Alivisatos课题组详细论述了Cu_2-xS纳米晶的LSPR形成机制。随后有大量关于Cu_2-xS、Cu_2-xSe的LSPR性质的研究都从实验和理论上证实了此类半导体材料的LSPR来自于Cu原子缺失导致的自掺杂。更有意义的是，这种自掺杂的浓度易于通过调控Cu原子的缺失程度进行调控，这为近红外到中红外区域的LSPR应用提供了可能。而掺杂金属氧化物如Sn掺杂In₂O₃ (ITO)、In掺杂CdO(ICO)、Al掺杂ZnO (AZO)等，是另一类重要的LSPR纳米晶材料，其LSPR吸收同样可以在近红外到中红外区间进行调控。

除了对纳米晶LSPR吸收位置的调控，LSPR吸收的质量因子（LSPR吸收能量位置/LSPR半峰宽）对其实际的应用也是非常重要的，高质量因子代表材料具有更长的等离子体寿命、更弱的电子衰减和更强的近场吸收。但是目前报道的等离子体半导体材料均在近红外区表现出高质量LSPR吸收，在中红外区域(3～5 μm) LSPR吸收的质量因子普遍较低。而中红外区域是军事和分子探测应用极其重要的光谱范围，开发在中红外区间具有高质量因子LSPR的纳米晶材料意义重大。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种在中红外区间具有高质量因子LSPR的纳米晶材料及其合成方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是提供一种具有局域表面等离子体共振吸收的金属氧化物纳米晶的制备方法，包括以下步骤：

1）将金属化合物、油酸按摩尔比1:3~1:6加入到溶剂1-十八烯中，在温度为100~110℃的真空条件下搅拌，直至金属化合物完全溶解，反应液无气泡且为澄清透明状，得到金属化合物前驱体；所述金属化合物为与油酸反应生成金属油酸盐的镉或铟化合物；

2）在惰性气体气氛中，将反应添加剂和溶剂1-十八烯混合均匀后加入到步骤1）得到的金属化合物前驱体中；

3）在290℃～1-十八烯沸腾温度条件下，至溶液颜色变成黑色；所述反应添加剂与金属化合物前驱体的摩尔比为0.01:1～3:1，反应添加剂为自六甲基二硅氮烷、六甲基二硅基胺基锂、三(三甲硅基)硅烷、三乙基硼氢化锂、丁基锂、硼烷-叔丁基胺；