[发明专利]合金量子点、其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种合金量子点、其制备方法和应用。该制备方法包括：步骤S1，使第一II族元素前体和第三VI族元素混合前体反应形成包含II‑VI‑VI半导体纳米粒子的纳米粒子体系；步骤S2，使纳米粒子体系与第二II族元素前体混合，通过阳离子交换和原位生长，得到含II‑II‑VI‑VI合金量子点的第一体系；步骤S3，向第一体系中加入第一VI族元素混合前体，反应后得到含第一包覆II‑II‑VI‑VI合金量子点的第二体系；步骤S4，向第二体系中加入第二VI族元素混合前体，反应后得到含第二包覆II‑II‑VI‑VI合金量子点的第三体系。上述制备方法得到的合金量子点具有高稳定性、更高亮度和量子产率。

技术领域

本发明涉及量子点材料技术领域，具体而言，涉及一种合金量子点、其制备方法和应用。

背景技术

尺寸在量子限域范围内的溶液半导体纳米晶(溶液量子点)以其独特的光学性质，在生物成像与标记、显示、太阳能电池、发光二极管、单光子源等领域受到了广泛的关注，且在生物标记与成像、发光二极管、激光、量子点光伏器件等领域，量子点研究已经成为各自领域的热点之一。在显示(量子点背光源电视)、照明等影响人们日常生活的领域，量子点已经得到了初步实际应用。但是要使量子点在这些新兴的领域得到进一步发展，提高量子点的在环境中的稳定性，尤其是抗水氧抗光照能力，就变得尤为的重要了。

要得到稳定的量子点，目前主要有以下几种方法。第一种是在核量子点表面包覆带隙宽度更大的壳层材料，而且壳层厚度要厚，以隔绝激子与环境之间的接触，例如，2014年彭笑刚老师课题组报道了在小尺寸CdSe(3nm)量子点表面包覆10-16层CdS后，得到了光学和化学稳定性较好的CdSe/CdS核壳量子点。第二种是采用大尺寸的核量子点，相比于小尺寸量子点，大尺寸的核量子点激子离域到壳层的能力越小，因此只需要包覆较少的壳层就可以得到光学和化学稳定的核壳量子点。第三种是在量子点的表面包覆氧化物(例如ZnO、二氧化硅、氧化钛等)，从而提高量子点的耐水氧性能，但是包覆氧化物容易损坏量子点的表面，造成荧光量子产率降低。第四种是在核壳结构中掺杂金属阳离子，这一点上海交通大学的李良教授做出了重要贡献，他们在CdSe/CdS核壳量子点的合成过程中，往壳层CdS中掺杂了少量的铝原子，得到的CdSe/CdS核壳量子点其光学和化学稳定性都有非常明显的提升，但是他们的实验重复性和方法的普适性上并不是很理想。

不同于传统的二元量子点(如CdSe、CdS等)只能通过调节尺寸与形貌来控制量子点的能级结构，合金结构量子点除调节尺寸外，还可以通过调节成分中的比例来调节量子点的能级结构。在核的荧光峰位置相同的情况下，相比于传统的二元量子点作为核量子点，合金量子点其尺寸可以更大。因此以合金量子点作为核得到的核壳量子点更容易达到稳定的目标而且在同样条件下壳层数更少。相比于三元合金量子点(CdZnS、CdZnSe等)，四元CdZnSeS合金量子点，可调的能带结构更多，尺寸可以更大。但是尽管如此，在包覆ZnS壳层之后，尽管量子点的稳定性增加，但是荧光量子产率会降低，在量子点膜上的亮度不高，这对于量子点在显示上的应用极为不利。

要提高量子点的荧光量子产率和膜上的亮度，首先激子必须进一步与环境隔绝，抑制核中激子态往壳层中的扩散，在包覆ZnS之前包覆过渡层CdZnS或者ZnSeS就成看一种很好的手段。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种合金量子点、其制备方法和应用，以解决现有技术中的量子点难以同时实现高稳定性、高亮度和高量子产率的问题。