[发明专利]尺寸可控的水溶性PbS/PbSe/ZnS核壳结构量子点及其制备方法

说明书

本发明公开了一种尺寸可控的水溶性PbS/PbSe/ZnS核壳结构量子点及其制备方法，制备方法包括：S1：将稳定剂加入铅源水溶液中，调节pH值，注入硫源水溶液，生成带有亲水性配体的PbS量子点；S2：向步骤S1中加入硒源水溶液，硒源和步骤S1中未反应的稳定剂和铅源反应得到PbS/PbSe核壳结构量子点；S3：向锌源水溶液中注入步骤S2得到的量子点溶液，最后添加稳定剂和硫源水溶液，加热反应一定时间后冷却至室温，通过沉淀、离心分离、冷冻干燥，形成表面包裹有亲水性配体的水溶性PbS/PbSe/ZnS核壳结构量子点。利用该方法制备得到的水溶性量子点具有粒径均一、尺寸可控、吸收光谱宽、稳定性佳等特点，可同时实现近红外光和中红外光的探测，是一种极具实用性的红外光探测材料。

技术领域

本发明涉及量子点材料技术领域，特别是涉及一种尺寸可控的水溶性PbS/PbSe/ZnS核壳结构量子点及其制备方法。

背景技术

量子点又称为半导体纳米晶体，由于其三个维度的尺寸均在纳米量级，表现出独特的光、电特性，例如表面效应、量子尺寸效应、介电限域效应和宏观量子隧道效应，特别是其具有优良的光谱特性、光化学稳定性和电化学特性，使其在光电探测、照明显示、临床检测、分子生物等研究领域中展现出巨大的应用前景，成为近年来的一大研究热点。

PbS量子点具有较大的Bohr半径(18nm)和较窄的禁带宽度(0.41eV)，易通过控制量子点尺寸使其吸收光谱和荧光发射光谱覆盖整个近红外波段(900～1600nm)，因而在光电探测器、通讯和生物荧光标记等领域有着广泛的应用前景。目前，化学法合成PbS量子点的主流技术是有机金属热解法。在氩气氛围中将PbO加热(150℃)溶解到油酸中形成油酸铅前驱物，作为铅源。双三甲基硅基硫溶解到十八烯中，作为硫源。将硫源住入铅源中，加热反应生成PbS量子点。油酸作为配位溶剂可吸附到量子点的表面，防止量子点积聚长大。

然而，有机金属热解法需要在较高的温度下制备PbS量子点，且量子点合成在有机溶液中发生，会对环境造成一定影响。工业化生产条件下要求不同批次的量子点保持良好的一致性，这就要求量子点的合成要有很好的重复性，但通过该方法合成的量子点粒径均一性较差，将导致对量子点光学吸收峰和发射峰位置控制的困难，这也是大规模应用量子点时成本居高不下的主要原因。

其次，PbS量子点的吸收光谱较窄。同时，由于有机金属热解法制备的PbS量子点表面存在大量的悬挂键和缺陷，以及常用有机配体(如油酸)对量子点表面钝化不足，导致量子点表面发生光氧化、光漂白和光降解反应，极大地降低量子点的稳定性。由于量子点中Pb重金属离子的存在，重金属离子析出多，使其安全性成为应用的瓶颈。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种尺寸可控的水溶性PbS/PbSe/ZnS核壳结构量子点及其制备方法。所述制备方法采用水热法，在较低温度下合成PbS/PbSe/ZnS量子点，它能避免较高反应温度下量子点发生Ostwald Ripening，具有反应条件温和、方法简单和实验重复性好等优点。PbSe的引入将可探测波段拓宽至中红外光，同时，均匀的PbSe/ZnS双层球形壳包覆保证了量子点的长期稳定性，减少了重金属离子的析出。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的第一技术方案，提供了一种尺寸可控的水溶性PbS/PbSe/ZnS核壳结构量子点，其特征在于，所述核壳结构量子点以PbS为核，PbSe和ZnS为壳层，所述核壳结构量子点的表面由亲水性配体包裹，所述亲水性配体包括巯基乙酸、巯基丙酸、L-半胱氨酸、N-乙酰基-L-半胱氨酸、一硫代丙三醇、二硫代丙三醇、谷胱甘肽、柠檬酸钠中的至少一种。

根据本发明的第二技术方案，提供了一种尺寸可控的水溶性PbS/PbSe/ZnS核壳结构量子点的制备方法，包括步骤：