量子点、其制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种量子点、其制备方法及其应用。该制备方法包括：步骤S1，提供含锌前体和含镉前体的混合前体，其中混合前体中锌镉摩尔比大于等于10；步骤S2，使第一硫前体与混合前体进行反应得到CdS/ZnS核壳量子点体系；步骤S3，对CdS/ZnS核壳量子点体系进行合金化处理，得到含CdxZn1‑xS量子点体系；以及步骤S4，向含CdxZn1‑xS量子点体系中添加羧酸镉和第二硫前体进行壳层的生长，得到CdxZn1‑xS/CdYZn1‑YS核壳量子点，其中，0

Quantum dots, their preparation methods and their applications

The invention provides a quantum dot, its preparation method and its application. The preparation method comprises the following steps: 1) providing a mixed precursor containing zinc precursor and cadmium precursor, in which the molar ratio of zinc to cadmium in the mixed precursor is greater than or equal to 10; 2) reacting the first sulfur precursor with the mixed precursor to obtain a CdS/ZnS core-shell quantum dot system; and 2) alloying the CdS/ZnS core-shell quantum dot system; CdxZn1 xS quantum dot system containing CdxZn1 xS quantum dot system containing CdxZn1 xS, CdxZn1

【技术实现步骤摘要】
量子点、其制备方法及其应用
本专利技术涉及量子点材料领域，具体而言，涉及一种量子点、其制备方法及其应用。
技术介绍
尺寸在量子限域尺寸范围内的溶液半导体纳米晶(溶液量子点)以其独特的光学性质，在生物成像与标记、显示、太阳能电池、发光二极管、单光子源等领域受到了广泛的关注，且在生物标记与成像、发光二极管、激光、量子点光伏器件等领域，量子点研究已经成为各自领域的热点之一。在显示(量子点背光源电视)、照明等影响人们日常生活的领域，量子点已经得到了初步实际应用。作为一类新兴的发光和光电材料，尤其是近年来作为一类具有潜在优势的运用于下一代平板显示和固态照明的基于量子点的发光二极管，在工业界和学术界都受到了广泛的关注。相比于传统的发光二极管，量子点发光二极管低成本、高效率。相比于有机荧光材料和无机荧光粉，量子点能够更加真实地还原图像色彩，实现全色域覆盖，进而提升画面的质感和立体感。此外，量子点具有荧光量子产率高、吸收带宽、发射峰窄、光学稳定性好等优点，而且量子点合成更为简单并具有良好的溶液加工性能。相比于红光量子点和绿光量子点，蓝光量子点目前还无法实现荧光窄半宽、高效率的目标。到目前为止，对于蓝光量子点的研究主要是基于CdxZn1-xS(其中0≤x≤1)量子点进行的。对于合金结构量子点，调节发光峰位是通过调节合金成分之间的比例进行的(如调节Cd与Zn之间的比例或Cd、Zn、S三者之间的比例等)。基于CdxZn1-xS材料的蓝光量子点，要实现高效率的目标、荧光窄半宽的目标，一般都是在其外延进行生长ZnS壳层。但是即使实现了高效率、荧光窄半宽，其发光峰位也仅仅局限于小于450nm。河南大学的李林松等在310℃下通过在CdxZn1-xS表面包覆ZnS，得到了发光峰位在441nm、荧光半峰宽为20nm、荧光量子产率达到90％的CdxZn1-xS/ZnS核壳量子点。用于发光二极管后，其电致发光效率最高可以达到12.2％。但是在蓝光区域(450～480nm)，一般效率不高，荧光半峰宽较宽。韩国三星公司的HeesunYang等尽管同样在310℃下得到了荧光峰位在452nm、荧光量子产率98％的CdxZn1-xS/ZnS核壳量子点，但是其荧光半峰宽却有31nm。此外，对于峰位置更大的CdxZn1-xS/ZnS核壳量子点，除了有较大的荧光半峰宽，其效率也会降低(例如470nm的CdxZn1-xS/ZnS核壳量子点，其效率目前报道只有70％左右)。这对于蓝光量子点在发光二极管的应用、提高显示的色域度等方面极为不利。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种量子点、其制备方法及其应用，以解决现有技术中的蓝光量子点在蓝光区域的半峰宽较宽、荧光效率低的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种量子点的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，提供含锌前体和含镉前体的混合前体，其中混合前体中锌镉摩尔比大于等于10；步骤S2，使第一硫前体与混合前体进行反应得到CdS/ZnS核壳量子点体系；步骤S3，对CdS/ZnS核壳量子点体系进行合金化处理，得到含CdxZn1-xS量子点体系；以及步骤S4，向含CdxZn1-xS量子点体系中添加羧酸镉和第二硫前体进行壳层的生长，得到CdxZn1-xS/CdYZn1-YS核壳量子点，其中，0<X<1，0<Y<1。进一步地，上述步骤S2中，第一硫前体与混合前体中的锌前体的摩尔比为小于1：1。进一步地，上述第一硫前体和第二硫前体各自独立地选自硫的十八烯溶液、硫的三丁基膦溶液、硫的三辛基膦溶液或巯醇中的一种或多种。进一步地，上述步骤S2的反应温度为220～300℃，且步骤S2的反应温度小于步骤S3的反应温度。进一步地，上述步骤S3包括：向CdS/ZnS核壳量子点体系中添加第二脂肪酸后在合金化温度保温，得到中间反应体系；向中间反应体系中添加有机膦并保温，得到含CdxZn1-xS量子点体系，有机膦的化学式为PR1R2R3，优选其中R1、R2和R3各自独立地选自为碳链长为2～10的烷基。进一步地，上述合金化处理的反应温度为280～310℃。进一步地，上述步骤S4中羧酸镉与第二硫前体的摩尔比小于等于2：1。进一步地，上述步骤S1包括：将镉前体、第一脂肪酸、锌前体和有机溶剂于250～300℃下混合反应，得到混合前体。进一步地，上述第一脂肪酸和第二脂肪酸各自独立地选自饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸中的任意一种或多种，优选第一脂肪酸和第二脂肪酸各自独立地选自碳链长为8～22的脂肪酸中的任意一种或多种，进一步优选第一脂肪酸和第二脂肪酸各自独立地选自月桂酸、肉豆蔻酸、硬脂酸和油酸中的任意一种或多种。进一步地，在上述步骤S4之后，制备方法还包括在CdxZn1-xS/CdYZn1-YS核壳量子点外包覆ZnS壳层的过程。根据本专利技术的另一方面，提供了一种量子点，该量子点具有CdxZn1-xS核和包覆在CdxZn1-xS核外的CdYZn1-YS壳层，量子点的荧光峰位在430～510nm之间，其中，0<X<1，0<Y<1。进一步地，上述量子点的荧光峰位在430～480nm，量子点的荧光半峰宽在10～25nm之间，量子点的荧光量子产率大于85％。进一步地，上述量子点还具有包覆在CdYZn1-YS壳层外的ZnS壳层。根据本专利技术的另一方面，提供了一种光学器件，包括量子点，该量子点为上述任一种的量子点。根据本专利技术的另一方面，提供了一种量子点组合物，包括量子点，该量子点为上述任一种的量子点。根据本专利技术的另一方面，提供了一种光电器件，包括量子点，该量子点为上述任一种的量子点。应用本专利技术的技术方案，先形成CdS/ZnS核壳量子点，而后进行合金化处理，形成CdxZn1-xS合金量子点。在合成CdS/ZnS核壳量子点中，采用了较高的锌镉比，以防止镉原子扩散到量子点的表面，避免对核壳量子点的合成、能带结构及其光学性质(主要是荧光量子产率)产生影响，从而得到的合金量子点，其晶型纯度更高，量子点之间成分更为均一，半峰宽更窄。在此基础上实现了壳层的均匀包覆，进而得到半峰宽较窄、荧光效率较高的CdxZn1-xS/CdYZn1-YS核壳量子点。同时，由于在CdxZn1-xS合金量子点核的合成过程中，锌的比例较高，步骤S2的合成中镉的反应是完全的，对CdS/ZnS核壳量子点体系不进行提纯直接进行合金化处理以及壳层的包覆，体系中未反应的锌盐在包覆过程可以继续发挥作用，因此简化了工艺，提高了原料的利用率；而且通过在步骤S4的壳层生长中掺入一定量的镉，相比于纯粹的ZnS壳层，CdYZn1-YS壳层降低了晶格不匹配度，避免壳层出现晶格层错，进一步保证了最终得到的量子点均一的形貌、较窄的半峰宽以及较高的量子产率。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了根据本专利技术的实施例1的含CdxZn1-xS核量子点体系中CdxZn1-xS核量子点的紫外可见吸收光谱和荧光光谱；图2示出了实施例1中反应30min后得到的CdxZn1-xS/CdYZn1-YS核壳量子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子点的制备方法，其特征在于，包括：步骤S1，提供含锌前体和含镉前体的混合前体，其中所述混合前体中锌镉摩尔比大于等于10；步骤S2，使第一硫前体与所述混合前体进行反应得到CdS/ZnS核壳量子点体系；步骤S3，对所述CdS/ZnS核壳量子点体系进行合金化处理，得到含CdxZn1‑xS量子点体系；以及步骤S4，向所述含CdxZn1‑xS量子点体系中添加羧酸镉和第二硫前体进行壳层的生长，得到CdxZn1‑xS/CdYZn1‑YS核壳量子点，其中，0

【技术特征摘要】
1.一种量子点的制备方法，其特征在于，包括：步骤S1，提供含锌前体和含镉前体的混合前体，其中所述混合前体中锌镉摩尔比大于等于10；步骤S2，使第一硫前体与所述混合前体进行反应得到CdS/ZnS核壳量子点体系；步骤S3，对所述CdS/ZnS核壳量子点体系进行合金化处理，得到含CdxZn1-xS量子点体系；以及步骤S4，向所述含CdxZn1-xS量子点体系中添加羧酸镉和第二硫前体进行壳层的生长，得到CdxZn1-xS/CdYZn1-YS核壳量子点，其中，0<X<1，0<Y<1。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述第一硫前体与所述混合前体中的所述锌前体的摩尔比为小于1：1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一硫前体和所述第二硫前体各自独立地选自硫的十八烯溶液、硫的三丁基膦溶液、硫的三辛基膦溶液或巯醇中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2的反应温度为220～300℃，且步骤S2的反应温度小于步骤S3的反应温度。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括：向所述CdS/ZnS核壳量子点体系中添加第二脂肪酸后在合金化温度保温，得到中间反应体系；向所述中间反应体系中添加有机膦并保温，得到所述含CdxZn1-xS量子点体系，所述有机膦的化学式为PR1R2R3，优选其中所述R1、R2和R3各自独立地选自为碳链长为2～10的烷基。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述合金化处理的反应温度为280～310℃。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中所述羧酸镉与所述第二硫前体的摩尔比小于等于2：1。...

【专利技术属性】
技术研发人员：周健海，乔培胜，
申请(专利权)人：纳晶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33