[发明专利]一种硫化铅胶体量子点的制备方法

说明书

本发明属于半导体纳米颗粒的合成，具体涉及硫化铅胶体量子点的制备方法。本发明的合成方法是：以水溶液沉淀法合成的亚微米级碱式氯化铅为铅源与有机试剂加热形成铅前驱体溶液，然后将溶解在油胺中的单质硫溶液注入特定温度的铅前驱体溶液中反应0.5min‑20min得到硫化铅胶体量子点原液，最后经除杂以及反溶剂法纯化后得到硫化铅胶体量子点溶液。本发明所公开的合成方法具有可控性好，反应物原料化学性质稳定，反应产物荧光效率高等优点，适合于高质量硫化铅胶体量子点的批量合成。

技术领域

本发明属于半导体纳米材料的制备领域，具体涉及一种硫化铅胶体量子点的制备方法。

背景技术

量子点是一类三维尺寸小于其波尔半径的半导体纳米晶，具有量子限域效应，并且其发光/吸光范围可通过控制纳米晶的尺寸进行调节。其中，硫化铅(PbS)量子点具有近红外波长范围光学性能连续可调的特性，被作为关键材料广泛应用于太阳能电池、光致发光二极管、生物成像以及红外图像传感器等众多领域。在应用过程中，量子点的质量对相应器件的性能起着至关重要的作用，而其主要取决于量子点的合成过程。

现阶段，硫化铅量子点的制备常采用热注射方法，具体为向高温的高沸点前驱体溶液中快速注入另一种前驱体溶液，前驱体之间发生化学反应，单体浓度过饱和引发瞬间成核，同时随着温度较低的前驱体溶液的注入，反应体系温度降低，纳米颗粒进入生长状态。最后，可通过急速冷却停止反应。在合成过程中，原材料的选择对反应工艺的设计以及反应结果的影响都至关重要。目前的热注射合成途径主要采用的硫源有六甲基二硅硫烷(TMS)，硫脲以及单质S。其中，以TMS和硫脲为硫源的方法可合成更宽范围的PbS量子点，而单质S的化学性质最为稳定，对合成条件要求低。虽然它们均可合成高质量量子点，但是具有控制性差导致的结果重现性低的问题。

发明内容

为解决量子点合成工艺复杂和结果重复性差的问题，本发明提供了一种硫化铅胶体量子点的制备方法，本专利以一种简易的水溶液沉淀法合成的碱式氯化铅材料为铅源，以其同单质S反应合成PbS量子点。该反应是一种自上而下的过程，通过离子置换直接使微米/亚微米级的碱式氯化铅破碎，并同时生成PbS量子点。该过程无成核反应的参与，有利于控制PbS量子点的生长，提高反应结果的重现性；另一方面，不同于常规合成途径，碱式氯化铅可与S按摩尔比1:1进行反应，避免铅前驱体的浪费，同时减少剩余铅源对环境的污染。所得量子点荧光效率高，化学/光稳定性具有很好的应用前景。包括如下步骤：

(1)分别称取氯化钠和碱式乙酸铅配制成一定浓度的水溶液；然后将两种溶液混合并在一定温度下反应10min-60min，所得白色沉淀用蒸馏水冲洗并干燥去除水分得碱式氯化铅；

(2)在氮气保护下，将步骤(1)所合成的碱式氯化铅与有机试剂在90℃-160℃加热反应30min后，然后抽真空30min得铅前驱体溶液；

(3)将单质硫与油胺在常温下混合配制成一定浓度的硫前驱体溶液；然后把一定体积的硫前驱体溶液快速注入步骤(2)中恢复氮气保护以及设定好温度的铅前驱体溶液中；最后，经恒温反应0.5min-20min后冷却至10-20℃停止反应得到硫化铅胶体量子点原液；

(4)将步骤(3)制备的量子点原液经离心去除杂质后，再用量子点溶剂进行稀释，然后以较强极性的有机溶剂对量子点溶液进行纯化，再次离心，将分离后得到的固体量子点重新溶解在特定溶剂中得到硫化铅胶体量子点溶液。

更优的，所述步骤(1)中氯化钠和碱式乙酸铅的浓度为0.2M-2M；所述步骤(1)中的反应温度为25℃-90℃；所述步骤(1)中的碱式氯化铅具有微米或亚微米尺寸的任意形貌；

更优的，所述步骤(2)中的有机试剂为辛胺，油胺，油酸，十八烯中的至少两种；所述步骤(2)中的铅前驱体溶液在与S溶液反应时为澄清溶液。

更优的，所述步骤(3)中的硫前驱体溶液浓度为0.1M-0.5M；所述步骤(3)中的硫注射时铅前驱体温度为60℃-160℃；