一种PbS量子点的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种PbS量子点的制备方法，包括以下步骤：(1)将铅的卤族化合物与油胺混合形成混合物；接着，在惰性气氛下，将该混合物加热至80℃～150℃，并保温得到铅的卤化物的油胺溶液；(2)将预先制备好的ZnS纳米棒溶液在注入到铅的卤化物的油胺溶液中，在80℃～190℃的温度下进行反应，即得到包括PbS量子点在内的反应产物。本发明专利技术通过对关键的制备方法原理、以及各步反应的反应条件等进行改进，与现有技术相比能够有效解决PbS量子点制备方法复杂、成本高的问题，并且本发明专利技术制备得到的纳米颗粒具有高度结晶性、尺寸均匀性、稳定性、良好的光学特性等特点，非常利于发挥PbS量子点的各种特性。

【技术实现步骤摘要】
一种PbS量子点的制备方法
本专利技术属于化合物半导体纳米材料制备
，更具体地，涉及一种PbS量子点的制备方法，即硫化铅量子点的制备方法。
技术介绍
半导体量子点是一种准零维的纳米材料，当颗粒尺寸进入纳米量级时，尺寸限域将引起尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应，从而派生出纳米体系不同于宏观体系和微观体系的低维物性，展现出许多不同于宏观体材料的物理化学性质。PbS量子点作为Ⅳ-Ⅵ族半导体材料，也是重要的π-π键半导体材料。其具有较窄的直接带隙。与其他半导体量子点相比，其激子半径为18nm，使其很容易获得很强的量子限域效应。由于量子点产生的荧光可以覆盖整个传输窗口，因此其在光学器件方面有着广泛的应用前景。比如红外探测器，太阳能吸收器，光学开关等。更重要的是，多重激子效应已经在量子点上观测到，这一发现使得量子点有望成为高效率的光电转换装置。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于一种PbS量子点的制备方法，其中通过对关键的制备方法原理、以及各步反应的反应条件等进行改进，与现有技术相比能够有效解决PbS量子点制备方法复杂、成本高的问题，并且本专利技术制备得到的纳米颗粒具有高度结晶性、尺寸均匀性、稳定性、良好的光学特性等特点，非常利于发挥PbS量子点的各种特性。为实现上述目的，按照本专利技术提供了一种PbS量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将铅的卤族化合物与油胺混合形成混合物，所述铅的卤族化合物在该混合物中的浓度为0.1mol/L～0.4mol/L；接着，在惰性气氛下，将该混合物加热至80℃～150℃，并保温，得到铅的卤化物的油胺溶液；(2)将预先制备好的ZnS纳米棒溶液在注入到所述步骤(1)得到的所述铅的卤化物的油胺溶液中，在80℃～190℃的温度下进行反应，反应时间控制在10s～25min，即得到包括PbS量子点在内的反应产物。作为本专利技术的进一步优选，所述PbS量子点的制备方法还包括步骤：(3)冷却所述步骤(2)得到的所述反应产物；当所述反应产物的温度下降至70℃时，向所述反应产物中注入正己烷；当所述反应产物的温度下降至40℃时，向所述反应产物中注入油酸；(4)对冷却后的所述反应产物进行离心沉淀，接着，向得到的所述沉淀中加入正己烷并进行离心过滤得到上清液，然后向所述上清液中加入乙醇即得到PbS量子点。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，所述铅的卤族化合物为氯化铅、溴化铅、碘化铅中的任意一种；优选的，所述保温的保温时间为15min～60min。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中，所述ZnS纳米棒溶液中S元素的物质的量与所述铅的卤化物的油胺溶液中所述铅的卤族化合物的物质的量两者之比至多为1：2；所述ZnS纳米棒溶液注入到所述铅的卤化物的油胺溶液中所用的注入时间不超过10s。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，利用阳离子交换的方法制备硫化铅量子点，以ZnS纳米棒为硫源，以铅的卤族化合物(如，PbCl2、PbBr2、PbI2等)与油胺的混合物为Pb源，将ZnS纳米棒转换成了PbS量子点，制备方法成本低、操作简单、对环境要求不严格，制备得到的PbS量子点为单分散态、且尺寸分布均匀、稳定，制备得到的PbS量子点为球形，直径约为4.3nm到9nm。本专利技术通过简单且经济的方式即可合成PbS量子点，通过控制制备方法中各种反应原料的浓度(如，铅的卤化物的油胺溶液中铅的卤族化合物的浓度等)、以及反应的温度与时间，并对制备得到的PbS量子点其分离进行控制，利用制备方法中的各个步骤的整体配合，能够确保本专利技术制备得到的PbS量子点具有高度结晶性、尺寸均匀性、空气中稳定和良好的光学特性等特点。本专利技术中，反应原料ZnS纳米棒的浓度、以及尺寸形貌对制备得到的PbS量子点影响不大，只要ZnS纳米棒中S元素的物质的量与铅的卤化物中Pb元素两者的物质的量两者之比至多为1：2即可(即，铅元素和硫元素两者的比值要大于等于2:1)；本专利技术中将ZnS纳米棒溶液注入到铅的卤化物的油胺溶液中的注入时间优选控制在10s以内，注入时间越短生成的PbS量子点尺寸越好；ZnS纳米棒溶液与铅的卤化物两者进行反应的温度为80℃～190℃、反应时间为10s～25min，10s～25min的反应时间既包括阳交换反应的时间，也包括阳离子交换完成后PbS量子点的生长时间；80℃～190℃的反应温度对制备得到的PbS量子点具有关键影响，反应温度会影响阳离子交换的速度，并会影响PbS量子点的生长；本专利技术通过将反应温度控制在80℃～190℃，能有效确保本专利技术制备得到的PbS量子点具有高度结晶性、尺寸均匀性。具体而言，本专利技术中PbS量子点的制备方法具有以下技术效果：(1)操作过程简单，制备过程对环境要求不高，所需设备及原材料成本低。(2)可以制备不同尺寸的量子点，量子点的形状和大小都可以得到很好的控制。(3)适用于大量制备量子点。(4)所得量子点在空气中的稳定性非常好。附图说明图1为PbCl2作为Pb源的PbS量子点的吸收谱。图2为PbCl2作为Pb源的PbS量子点的X射线衍射图。图3为PbCl2作为Pb源的PbS量子点的TEM图。图4为PbS量子点的稳定性图谱。图5为PbBr2作为Pb源的PbS量子点的吸收谱。图6为PbI2作为Pb源的PbS量子点的吸收谱。图7为本专利技术制备方法的流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术是利用预先制备的ZnS纳米棒作为硫源，与卤化铅(如，氯化铅等)和油胺的混合物作为铅源，利用阳离子交换的方法来制备硫化铅量子点(如图7所示)，具体可包括以下步骤：(1)将铅的卤族化合物与油胺混合，铅的卤族化合物在混合物中的浓度为0.1～0.4mol/L，在惰性气氛下，将混合物加热至80℃～150℃，保持15min～60min，得到铅的卤化物的油胺溶液；(2)将已制备好的ZnS纳米棒溶液在10s内注入铅的卤化物的油胺溶液，在80℃～190℃(可优选为80℃～150℃)的温度下维持10s～25min(可优选为15s～20min)，ZnS纳米棒溶液中的ZnS的量使得S与铅的卤族化合物满足化学计量比；(3)反应完成后将反应产物温度降至70℃时注入正己烷，降至40℃时注入油酸；(4)进行离心沉淀，将沉淀溶于正己烷离心过滤，再加入乙醇离心得到黑色的固体粉末即PbS量子点。以下为具体实施例：实施例1本实施例包括以下步骤：(1)于两口反应瓶中称取0.417g氯化铅，量取5mlOLA，将混合物抽真空。(2)将混合物加热到140℃维持30min，然后将混合物降到120℃，快速注入2mlZnS纳米棒溶液，保持3min。(3)反应结束后降到室温，加入乙醇离心，然后加入正己烷离心、过滤，再加入乙醇离心得到PbS量子点。所得PbS量子点的性能表征为：取PbS量子点溶液，在荧光光谱仪测定其光学吸收，其吸收谱如图1-a所示。在X射线衍射仪上测定PbS量子点衍射图谱，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PbS量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将铅的卤族化合物与油胺混合形成混合物，所述铅的卤族化合物在该混合物中的浓度为0.1mol/L～0.4mol/L；接着，在惰性气氛下，将该混合物加热至80℃～150℃，并保温，得到铅的卤化物的油胺溶液；(2)将预先制备好的ZnS纳米棒溶液在注入到所述步骤(1)得到的所述铅的卤化物的油胺溶液中，在80℃～190℃的温度下进行反应，反应时间控制在10s～25min，即得到包括PbS量子点在内的反应产物。

【技术特征摘要】
1.一种PbS量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将铅的卤族化合物与油胺混合形成混合物，所述铅的卤族化合物在该混合物中的浓度为0.1mol/L～0.4mol/L；接着，在惰性气氛下，将该混合物加热至80℃～150℃，并保温，得到铅的卤化物的油胺溶液；(2)将预先制备好的ZnS纳米棒溶液在注入到所述步骤(1)得到的所述铅的卤化物的油胺溶液中，在80℃～190℃的温度下进行反应，反应时间控制在10s～25min，即得到包括PbS量子点在内的反应产物。2.如权利要求1所述PbS量子点的制备方法，其特征在于，还包括步骤：(3)冷却所述步骤(2)得到的所述反应产物；当所述反应产物的温度下降至70℃时，向所述反应产物中注入正己烷；当所述反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建兵，张志明，张长旺，黄震，张道礼，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42