[發明專利]PbSxSe1-x量子點/碳納米管復合材料及制備

無效

• 申請號: 201310592204.4
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103614137A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 王德法;胡慧林;李家俊;仝華;趙乃勤;葉金花
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C09K11/66
• 分類號: C09K11/66;B82Y20/00;B82Y30/00
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術領域

?本發明涉及一種PbS_xSe_1-x量子點/碳納米管復合材料及其制備方法，屬于光電納米材料技術領域。

背景技術

環境惡化和能源短缺是制約人類社會可持續發展的兩個重要問題，尋找可再生的清潔能源成為當務之急。眾所周知，太陽能是最大的可再生能源；利用半導體量子點制備太陽能電池將太陽能轉化為電能，是極具潛力的綠色技術之一。然而，迄今為止開發的量子點太陽能電池，或者因為其光響應范圍窄，或者因為光生載流子（光生電子和光生空穴）容易復合，而導致轉化效率普遍過低而限制了其應用。為此，人們提出納米復合材料及其制備方法，以改善材料對太陽光的吸收并抑制光生載流子的復合。

其中，半導體量子點作為吸光組分在納米復合材料及器件的制備中受到了很大的關注，主要是因為量子點具有獨特的量子限域效應，可以很容易的調節材料的能帶間隙。一些特定類型的量子點可以利用近紅外波段的太陽光，拓展光吸收范圍。晶體結構類似的量子點半導體材料，也具有類似能帶結構。固溶體量子點是將兩個晶體結構相同的二元量子點半導體混溶，可得到結構均勻，性質介于兩個原始二元化合物之間的半導體量子點。固溶體最重要的特點是其性質能通過改變組分的含量而改變。由PbS與PbSe形成的固溶體?PbS_xSe_1-x量子點具有優異的光學性能如強的非線性、快速的光響應時間等，因而在光電器件方面受到重視。

量子點太陽能電池面臨的一個較大的挑戰就是光生載流子容易復合，與之相應的對策之一就是將量子點和一維納米材料復合在一起，以此提高載流子的分離和傳輸。最近幾年，碳納米管因其具有獨特的一維結構、大的比表面積、超強的機械性能、高的化學和熱穩定性以及良好的導電能力等，從而受到廣泛的關注。

碳納米管與量子點的結合通常方法是在碳納米管上原位生長量子點納米顆粒，但是這種方法難以控制表面包覆和負載量。另一種方法就是量子點合成之后再通過官能團與處理的碳納米管復合，通常采用共價和非共價修飾兩種方法將量子點修飾至CNTs表面。共價交聯雖然具有結合力強、可控性好的特點，但其操作步驟比較繁瑣，非共價修飾方法則具有操作快速簡便，并能保持CNTs表面電子結構的優點。

關于PbS與PbSe與碳納米管結合的研究很多，但是PbS_xSe_1-x量子點與碳納米管的復合還未見報道。本發明提出將PbS_xSe_1-x量子點與碳納米管進行復合，實現光生載流子的有效分離，材料光電轉換效率有所提高。

發明內容

本發明目的在于提供一種PbS_xSe_1-x量子點/碳納米管復合材料及制備方法，該復合材料具有良好的光電性能，其制備方法過程簡單。?

本發明是通過以下技術方案實現的，一種PbS_xSe_1-x量子點/碳納米管復合材料，其特征在于，該復合材料以碳納米管為支架，其表面包覆PbS_xSe_1-x量子點，式中x為0~1。

上述結構的PbS_xSe_1-x量子點/碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于包括以下過程：

1）將摩爾比為1:5的PbO和油酸（OA）加入到100?mL四口瓶中，然后再按照溶液中每毫摩爾PbO加入12~15?mL的十八烯（ODE），在氬氣保護氣氛下于溫度120~150?℃反應2~3?h，形成Pb的前驅體；

2）分別將硫磺和硒粉加入到三辛基膦（TOP）中配制成等摩爾濃度的三辛基膦硫（TOPS）溶液和三辛基膦硒（TOPSe）溶液，然后按照TOPS溶液和TOPSe溶液體積比（0~5）：（5~0）將其混合，在氬氣保護氣氛下室溫反應2~3?h，得到S和Se前驅體；

3）將S和Se前驅體與Pb的前驅體按照摩爾比1:2于溫度120~150?℃反應5~10?min，然后淬冷在正己烷中，放置24?h后用無水乙醇進行提純，提純后的量子點再重新分散在甲苯中；

4）碳納米管的酸化：按照每克碳納米管用體積比為3:1質量濃度98%硫酸與質量濃度68%硝酸的混酸溶液500?mL的比例，將碳納米管加入到混酸中，在常溫下攪拌4~6?h后水洗至pH=7，然后干燥再重新分散到甲苯中備用；