[發(fā)明專利]硫系量子點和磷酸鹽介孔玻璃復合物及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610024016.5
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105693096B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何進;王焱;李日紅;張龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C03C11/00
• 分類號: C03C11/00;C03C4/12;C03B8/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 張澤純,張寧展

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)光介孔玻璃復合物，特別是一種硫系量子點和磷酸鹽介孔玻璃復合物及其制備方法。

背景技術(shù)

量子點材料因為其特殊的寬調(diào)諧發(fā)光和吸收特性，已成為發(fā)光顯示、光通訊、太陽能電池、非線性材料等方向的研究熱門。由于量子限域效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，量子點可實現(xiàn)在紫外、可見、近紅外波段的受激發(fā)光，并且可通過調(diào)節(jié)量子點的晶粒尺寸來調(diào)節(jié)其發(fā)光峰的位置。然而獨立的、分散的量子點極易團聚或者分解，為了提高量子點的穩(wěn)定性和實用性，在實際光學材料和器件的設(shè)計使用過程中，量子點通常被復合于多種固態(tài)基質(zhì)(如玻璃、聚合物材料等)。其中，量子點玻璃復合物通常采用的制備方法是熔融法。然而，熔融法一般需要很高的玻璃合成溫度；另一方面，對于熔融法制備的量子點玻璃復合材料，一般很難實現(xiàn)高濃度的金屬離子摻雜，從而限制了量子點在玻璃基體中的析出濃度，進而阻礙了量子點玻璃材料的研究開發(fā)。

新型的溶膠凝膠技術(shù)是一種低溫的制備半導體納米微晶和玻璃材料的方法，己被用于制備幾種II-VI族化合物半導體納米復合材料。但是在量子點玻璃復合物制備過程中面臨幾個問題：第一，由于硫系金屬化合物易分解、不穩(wěn)定等特性以及技術(shù)工藝上的復雜性，溶膠凝膠法制備硫系量子點玻璃復合物的研究發(fā)展受到了很大的制約。第二，目前常見的在溶膠凝膠多孔材料中復合量子點的方法諸如浸漬法、原位反應(yīng)法等通常存在摻入量子點分布不均勻、摻雜濃度難以控制等局限。第三，通過溶膠凝膠法制備的納米復合材料多局限于硅酸鹽體系，由于大多數(shù)非硅前驅(qū)體水解過快等因素，非硅體系納米復合材料的合成一直是一個挑戰(zhàn)。

針對遇到的問題，本發(fā)明者研究出一種基于溶膠凝膠法合成的透明的、具有介孔結(jié)構(gòu)的、磷酸鹽的、適用于多種量子點原位生長的量子點-磷酸鹽介孔玻璃復合物及其制備方法。與硅體系相比，磷酸鹽介孔玻璃結(jié)構(gòu)中具有A1³⁺和P^5-等活性更強的基團，在作為納米材料微反應(yīng)器等方面是一類非常熱門的多孔材料。與此同時，摻雜的金屬離子在玻璃網(wǎng)絡(luò)中具有分子尺度的分散度以及結(jié)構(gòu)上的鍵合，原位生長得到的量子點在玻璃網(wǎng)絡(luò)中分散均勻并且摻雜牢固。而磷酸鹽介孔玻璃具有的納米尺度的孔道可以有效控制量子點生長尺寸并阻止量子點團聚，適于量子點在孔道中限域生長。此外，磷酸鹽介孔玻璃在可見-近紅外窗口具有高的透過率，可以實現(xiàn)該波段可觀強度的發(fā)光輸出。另外，通過調(diào)節(jié)金屬離子的摻雜濃度，還可以調(diào)節(jié)該玻璃復合物的發(fā)光波長。本發(fā)明提供了一種量子點玻璃復合物制備的新方法，該方法工藝簡單，成本低廉，制備得到量子點玻璃復合物具有均勻、穩(wěn)定、可調(diào)的發(fā)光特性，在光通訊材料等光學器件領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種一種硫系量子點和磷酸鹽介孔玻璃復合物及其制備方法。使用磷酸鹽介孔玻璃作為載體，通過一系列制備參數(shù)的調(diào)節(jié)，在磷酸鹽介孔玻璃中實現(xiàn)不同尺寸、不同濃度、不同種類硫系量子點的原位生長，得到可見-近紅外波段的可調(diào)諧發(fā)光。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種硫系量子點和磷酸鹽介孔玻璃復合物，其特征在于：是均勻摻雜有硫系量子點的磷酸鹽介孔玻璃；所述的硫系量子點為PbS、CdS和ZnS量子點；所述的磷酸鹽介孔玻璃為含有量子點前驅(qū)體氧化物組分的溶膠凝膠玻璃，其組分為xMO-100Al₂O₃-100P₂O₅(M＝Zn,Pb,Cd；x＝1～40)，其比表面積大于300m²/g，典型的平均孔徑直徑范圍為1.0～20.0nm。

上述硫系量子點原位生長的磷酸鹽介孔玻璃復合物的制備方法，其特征在于，包含溶膠凝膠法制備三元組分磷酸鹽介孔玻璃和原位生長硫系量子點兩個部分，包括如下步驟：

①以多種金屬鹽、鋁鹽、磷源為前驅(qū)體；多種有機酸為絡(luò)合劑；去離子水用于水解反應(yīng)；稀氨水和稀鹽酸用于調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的pH值；采用多種硫源還原金屬氧化物；

②在室溫下，混合金屬鹽和有機酸，摩爾比為1:2～1:3，攪拌均勻，得到金屬離子螯合溶液；配置金屬離子螯合溶液、鋁鹽和磷源的混合水溶液，混合水溶液濃度范圍0.5～2.0mol/L，前驅(qū)體摩爾比為M：Al：P＝x：1：1，x取值范圍為0.01～0.20；調(diào)節(jié)混合水溶液pH范圍2.0～4.0，攪拌均勻；

③將混合水溶液轉(zhuǎn)移至帶蓋培養(yǎng)皿中，室溫靜置1～14天，得到磷酸鹽溶膠；

④將磷酸鹽溶膠放入烘箱中干燥1～7天，干燥溫度50～90℃，得到磷酸鹽干凝膠；