[發明專利]一種MnCIS/ZnS核殼結構量子點材料及其制備方法和光電化學電池

有效

• 申請號: 202010095362.9
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111154484B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 王志明;王瑞;童鑫;馮慧潔;林峰;巫江
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C09K11/62
• 分類號: C09K11/62;H01L51/42
• 代理公司: 成都市集智匯華知識產權代理事務所(普通合伙) 51237
• 代理人: 李華;溫黎娟

本發明公開了一種MnCIS/ZnS核殼結構量子點材料及其制備方法和光電化學電池，該量子點材料包括核體和包覆在核體外的殼體，所述核體為MnCuInS，殼體為ZnS。相較現有技術中常用的CIS核體材料，本發明通過引入過渡金屬元素錳，擴大了CIS材料的帶隙寬度，以在核殼材料的導帶之間建立較小的偏移，更有利于導帶之間光生電子的轉移，從而提高光電化學電池性能。

技術領域

本發明涉及一種核殼結構量子點材料及其制備方法和應用，屬于量子點材料技術領域。

背景技術

量子點是由若干原子組成的一種的半導體晶體，因其具有量子局域效應，使其具有良好的發光性能。相對于其他的發光材料，其可應用在顯示、照明、生物、太陽能電池等領域。隨著量子點在顯示應用中逐步變大，量子點產業化的趨勢勢在必得。

各種類型的量子點如PbS，PbSe，CdTe等及其core/sehll結構敏化TiO₂已經被廣泛應用于染料敏化太陽能電池，光探測器，發光二極管，光電化學制氫光陽極等一系列光電器件，展現出很多優點。但是在材料合成以及器件組裝中引入的重金屬元素(如鎘，鉛)會造成非常嚴重的環境污染，這也限制了基于這一類材料的光電器件進一步的推廣和應用，因此，合成綠色的更環保且性能優異的量子點材料用于光電器件的需求成為研究的熱點。但是在PEC制氫的綠色量子點合成方面只有很少的一些工作；同時相比于單一組分的核量子點來說，核殼結構量子點具有更高的光學和化學穩定性，因此開發環保型核殼結構量子點材料作為光陽極材料需要更多的努力。

發明內容

有鑒于此，針對上述現有技術的不足，本發明旨在提供一種環境友好型MnCuInS/ZnS核殼結構量子點材料及其制備方法，同時將其應用于制備光電化學電池，提高光電化學電池的光電效率。

為解決以上技術問題，本發明的技術方案首先提供了一種MnCIS/ZnS核殼結構量子點材料，它包括核體和包覆在核體外的殼體，所述核體為MnCuInS₂，殼體為ZnS。

進一步的，所述MnCIS/ZnS核殼結構量子點材料的直徑為4.2±0.2nm。本申請核殼結構量子點材料的尺寸更適合染料敏化介孔TiO2薄膜。

同時，本發明還提供了上述MnCIS/ZnS核殼結構量子點材料的制備方法，它包括下述步驟：

(1)制備核體：將錳源、銅源和銦源材料加入有機配體溶液中混合形成混合液，混合液加熱至180℃后快速加入硫源材料得到含錳、銅、銦、硫的混合液，保溫20min后水浴退火(在高溫時急速退火，利于形成結晶性更好的晶體結構)，離心純化得到MnCuInS₂溶液；所述有機配體溶液具有長碳氫鍵鏈尾和極性鏈頭；

(2)制備殼體：將鋅粉與油酸混合并加熱至160℃后快速注入(優選可采用注射器注入)步驟(1)制得的MnCuInS₂溶液中，加熱至230℃，反應30min后，水浴退火得到本發明核殼結構量子點材料。

進一步的，步驟(1)中所述錳源、銅源和銦源材料為其物質的醋酸化合物，所述硫源為硫的油胺溶液，所述有機配體溶液為油胺或十八烯中的一種，所述錳源、銅源、銦源、硫源和有機配體的質量比為1︰0.5︰0.8︰0.6︰228.6。

進一步的，步驟(2)中所述鋅粉與油酸的混合質量比為1︰18。

進一步的，所述步驟(1)中水浴退火的退火溫度為180℃，退火時間為3～5min。

進一步的，所述步驟(2)中水浴退火的退火溫度為230℃，退火時間為3～5min。

上述步驟(1)中離心純化的具體操作為：