[發(fā)明專利]一種硫化鎘量子點(diǎn)溶液的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510087992.0
• 申請(qǐng)日: 2015-02-26
• 公開（公告）號(hào): CN104650856B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳春華;李航;萬(wàn)昆;楊志華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江漢大學(xué)
• 主分類號(hào): C09K11/56
• 分類號(hào): C09K11/56;C01G11/02;B82Y20/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司42104
• 代理人: 俞鴻

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體納米材料制備技術(shù)，具體地指一種硫化鎘量子點(diǎn)溶液的制備方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體材料從體相逐漸減小至一定臨界尺寸(1～2納米)后，其載流子的波動(dòng)性變得顯著，運(yùn)動(dòng)將受限，導(dǎo)致動(dòng)能的增加，相應(yīng)的電子結(jié)構(gòu)從體相連續(xù)的能級(jí)結(jié)構(gòu)變成準(zhǔn)分裂的不連續(xù)，這一現(xiàn)象稱作量子尺寸效應(yīng)。比較常見(jiàn)的半導(dǎo)體納米粒子即量子點(diǎn)主要有II-VI，III-V以及IV-VI族。這些種類的量子點(diǎn)都十分遵守量子尺寸效應(yīng)，其性質(zhì)隨尺寸呈現(xiàn)規(guī)律性變化，例如吸收及發(fā)射波長(zhǎng)隨尺寸變化而變化。因此，半導(dǎo)體量子點(diǎn)在照明、顯示器、激光器以及生物熒光標(biāo)記等領(lǐng)域都有著十分重要的應(yīng)用。

硫化鎘是一種重要的II-VI族半導(dǎo)體材料，具有良好的光電學(xué)性能，納米硫化鎘能夠用于太陽(yáng)能電池、光催化降解有機(jī)污染廢水、與鉻結(jié)合作為中紅外激光器材料等，硫化鎘量子點(diǎn)由于具有較好的光致發(fā)光性能，在生物醫(yī)學(xué)和化學(xué)分析領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

目前采用化學(xué)方法成功合成硫化鎘量子點(diǎn)主要有有機(jī)溶劑法和水相合成法。有機(jī)溶劑法最初使用二甲基鎘(Cd(CH₃)₂)作為鎘源，(TMS)₂S作為硫源，以配位溶劑三辛基膦(TOPO)作為溶劑，在300℃無(wú)水無(wú)氧條件下進(jìn)行合成反應(yīng)。但這種方法使用的有機(jī)鎘毒性強(qiáng)，危險(xiǎn)性高，并且溶劑TOPO價(jià)格昂貴，不利于大量的合成。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)枮?01410191162.8)公開了一種硫化鎘量子點(diǎn)的制備方法，該方法需要利用十八烯同時(shí)作為(TMS)₂S和羧酸鎘的溶劑，毒性較大。而水熱合成法大多是在高溫高壓的苛刻條件下進(jìn)行，時(shí)間長(zhǎng)，能耗大，而且尺寸單一。

綜上所述，對(duì)于硫化鎘量子點(diǎn)的合成方面還存在著諸多問(wèn)題，因此，對(duì)于建立新的操作簡(jiǎn)便、合成效果優(yōu)良、可進(jìn)行大量生產(chǎn)的合成硫化鎘量子點(diǎn)的方法，對(duì)于納米合成技術(shù)領(lǐng)域有著十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是要解決上述背景技術(shù)的不足，提供一種常溫常壓條件下、步驟少、易操作、產(chǎn)品性能優(yōu)良的硫化鎘量子點(diǎn)溶液的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種硫化鎘量子點(diǎn)溶液的制備方法，其特征在于，將氣體單向透過(guò)的透析膜制成氣袋置于可溶性鎘鹽溶液中，向氣袋內(nèi)通入高純H₂S氣體，保持氣袋內(nèi)部氣相壓強(qiáng)比外部液相壓強(qiáng)高5kpa～15kpa，在10℃～60℃進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)生成硫化鎘量子點(diǎn)溶液。

優(yōu)選的，將所述硫化鎘量子點(diǎn)溶液陳化、過(guò)濾、洗滌、干燥，得到硫化鎘光電粉體材料。

優(yōu)選的，將所述硫化鎘量子點(diǎn)溶液中加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或曲拉通中至少一種作為助溶劑，加入巰基乙酸(TA)或芐基硫醇(BM)作穩(wěn)定劑，得到可溶性熒光量子點(diǎn)試劑。

優(yōu)選的，所述可溶性鎘鹽溶液濃度為0.01mol/L～2mol/L。

優(yōu)選的，所述可溶性鎘鹽溶液為氯化鎘、硝酸鎘或硫酸鎘溶液中的一種。可溶性鎘鹽溶液為氯化鎘、硝酸鎘或硫酸鎘與水混合配成的水溶液。

優(yōu)選的，所述高純H₂S氣體壓強(qiáng)為5～15kpa。

優(yōu)選的，所述透析膜為孔徑為3K～6K的高分子膜。高分子透析膜的孔徑以其分子截留量來(lái)表示，孔徑3K～6K的高分子膜即為分子截留量為3000～6000的透析膜。

優(yōu)選的，通入高純H₂S氣體的摩爾量與可溶性鎘鹽溶液鎘的摩爾量相等。高純硫化氫為純度99.99％以上的硫化氫氣體。

進(jìn)一步的，所述助溶劑加入質(zhì)量為硫化鎘量子點(diǎn)溶液質(zhì)量的1～8％。

進(jìn)一步的，所述穩(wěn)定劑加入質(zhì)量為硫化鎘量子點(diǎn)溶液質(zhì)量的1～2％。

本發(fā)明以透析膜為兩相界面，一相為液相，另一相為氣相，透析膜僅容氣體單向透過(guò)，氣相反應(yīng)物透過(guò)膜進(jìn)入液相，進(jìn)行異相制備反應(yīng)生成產(chǎn)物。本發(fā)明所采用的半透膜既是分離界面，也是反應(yīng)界面，通過(guò)控制膜界面兩邊的壓力梯度完成反應(yīng)界面兩邊物質(zhì)的定向輸送，實(shí)現(xiàn)控制反應(yīng)進(jìn)程，同時(shí)完成產(chǎn)物的分離，要求氣相壓力大于液相壓力5kpa以上，溫度越高越有利于氣體分子的擴(kuò)散。將制得的量子點(diǎn)溶液進(jìn)行不同的后期處理得到硫化鎘量子點(diǎn)粉體材料或液體硫化鎘量子點(diǎn)試劑。分別應(yīng)用于不同的情況，其中硫化鎘量子點(diǎn)粉體材料通過(guò)磁控濺射或提拉成膜，制備薄膜太陽(yáng)能電池板，液體硫化鎘量子點(diǎn)試劑用于生物熒光染色。

本發(fā)明基于膜反應(yīng)法制備硫化鎘量子點(diǎn)溶液，方法簡(jiǎn)單易操作、條件溫和、步驟少、成本低、環(huán)境友好，產(chǎn)物水溶性好，制得的硫化鎘量子點(diǎn)粒徑分布窄、量子效率高，熒光和光電性能良好。