碲汞镉量子点与碳纳米管纳米复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了碲汞镉量子点与碳纳米管纳米复合材料的制备方法，首先制备CdTe量子点溶液，再添加Hg以得到CdHgTe量子点，最后以碳纳米管为骨架，在其表面粘附着碲汞镉量子点。本发明专利技术的技术方案条件简单，成本低廉，且容易操作。近红外碲汞镉量子点与碳纳米管复合后可大大提高光转换效率，有着良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
碲汞镉量子点与碳纳米管纳米复合材料的制备方法本专利技术申请是母案申请“一种碲汞镉量子点与碳纳米管纳米复合材料及其制备方法”的分案申请，母案申请的申请号为201310636557X，母案申请的申请日为2013年12月2日。
本专利技术属于纳米复合材料
，更加具体地说，涉及可见近红外可调控碲汞镉三元合金纳米晶与碳纳米管纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
帯隙可调的量子点与碳纳米管复合形成的纳米复合材料对调控光电器件的性能(太阳能电池和光电探测器)提供了一种新的思路(KhalavkaY,SonnichsenC,GrowthofgoldtipsontohyperbranchedCdTenanostructures,AdvancedMaterrials,2008,20:588-591.)。最近几年，在合成量子点与碳纳米管复合材料上取得了良好的进展。研究表明，在碳纳米管管表面包覆一层量子点，由于量子点的尺寸效应，易光致激发等许多优点，因此这种纳米复合材料有望用于光纤维通信，发光二极管与光电电池等领域(SunWT,YuY,PanHY,GaoXF,ChenQ,PengLM,CdSquantumdotssensitizedTiO2nanotube-arrayphotoelectrodes,JournaloftheAmericanChemicalSociety,2008,130:1124-1125)。在量子点与碳纳米管复合结构中，量子点起到一个捕获光激发的电子的作用，将捕获到的电子转移给碳纳米管，碳纳米管可作为一个电子传输通道，可以迅速地将电子传输到电极上。但是，已报道的量子点与碳纳米管复合材料中所用的量子点几乎都是吸收范围在可见光区的，如CdTe、CdSe(YuKH,LuGH,ChenKH,MaoS,KimHJ,ChenJH,ControllablephotoelectrontransferinCdSenanocrystal–carbonnanotubehybridstructures,Nanoscale,2012,4:742)等。这些量子点由于光吸收范围在可见光区(400-700nm)，对太阳光的吸收效率很低。与碳纳米管复合后制成光电器件的光转换效率低，而且已报道的复合的方法大多都是在油相中，很复杂，需要高温，且原料对人体有害。碲汞镉(MCT)是一种很重要的Ⅱ-Ⅵ族近红外三元合金半导体材料，可以通过控制Hg/Cd的比例可以使能带宽在-0.15到1.6eV之间随意变动(McMillanBG,LilleySJ,BerlouisLEA,CruickshankFR,BrevetPF,OpticalcharacterizationofanodicsulphidefilmsonHgCdTe(MCT)grownbythepotentialstepmethod,Electrochim.Acta,2004,49:1339)，可以大大提高光转换效率。因此，将碳纳米管与碲汞镉量子点二者组装成为一个纳米复合材料的应用前景非常之大。目前还未曾有对将碳纳米管与碲汞镉量子点二者组装成为一个纳米复合材料的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水溶性的具有良好分散性的碲汞镉量子点与碳纳米管纳米复合材料及其制备方法，该方法条件简单，成本低廉，以碳纳米管为骨架，表面粘附着碲汞镉。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现：一种碲汞镉量子点与碳纳米管纳米复合材料及其制备方法，以碳纳米管为骨架，表面粘附着碲汞镉量子点，按照下述步骤进行制备：步骤1，将CdC12·2.5H2O和巯基乙酸(TGA)溶于去离子水中得到混合溶液，并使用氢氧化钠调整pH值为11.0～12.0和通入惰性气体去除氧气，得到A溶液；具体来说，将CdC12·2.5H2O和巯基乙酸溶于去离子水中得到混合溶液，使用1MNaoH水溶液调至pH值为11.0～12.0，然后将所得溶液倒入三口瓶中，室温搅拌下通氩气(或者氮气、氦气)除氧20～30min，记为A溶液。步骤2，在密封反应器中利用惰性气体去除氧气，将KBH4和Te粉添加到去离子水中得到混合溶液，即B溶液；具体来说，在带有针孔的密闭小反应瓶中，将KBH4和Te粉溶于去离子水中得到混合溶液，并利用氩气排除氧气，磁力搅拌下室温20—25摄氏度下反应30～60min，得到浅紫色透明液体，即新鲜无氧的KHTe水溶液，记为B溶液。步骤3，在隔绝空气条件下，使用注射器取出B溶液注入到A溶液中，将混合溶液加热到100～130℃，磁力搅拌下回流反应2～3h得到CdTe量子点溶液；具体来说，在隔绝空气的条件下，用注射器取出B溶液，快速注入到含有A溶液的三口瓶中，然后将混合溶液加热到100～130℃，磁力搅拌下回流反应2～3h得到CdTe量子点溶液。步骤4，将Hg(ClO4)2·3H2O和巯基乙酸溶于去离子水中得到混合溶液，并使用氢氧化钠调整pH值为11.0～12.0，记为C溶液，取C溶液注射进入CdTe量子点溶液，磁力搅拌下回流反应至少12h，优选12—24h，即可得到近红外CdHgTe量子点；具体来说，将Hg(ClO4)2·3H2O和巯基乙酸溶于去离子水中得到混合溶液，混合溶液用1MNaoH水溶液调至pH值为11.0～12.0，取一定量的混合溶液注射进入CdTe量子点溶液，磁力搅拌下回流反应12h，即可得到近红外CdHgTe量子点。步骤5，将酸化过的多壁碳纳米管通过超声使其充分分散在去离子水中，将NaCl、NaOH、聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐(PDDA)按质量比为M(NaCl)：M(NaOH):M(PDDA)＝1.16：1.6：2加入分散有碳纳米管的水溶液中，超声使其充分混合，通过离心去掉上清液，将沉淀重新溶解在去离子水中，加入步骤4制备的碲汞镉量子点，超声离心，去掉上清液，将产物清洗干燥，即为碲汞镉量子点与碳纳米管的复合材料；具体来说，所述酸化过的多壁碳纳米管按照下述步骤进行：将多壁碳纳米管在V(浓H2SO4)：V(浓HNO3)＝3:1的混合酸中混合均匀，室温下超声分散30min，然后置于三口瓶中在90℃下搅拌酸化处理8h，冷却至室温后用蒸馏水稀释，并用孔径G5的过滤漏斗真空过滤，过滤物再用蒸馏水稀释并真空过滤，多次清洗至中性，产物于80℃真空干燥24h即可得到酸化的MWNTs。使用型号TecnaiG2F20的场发射透射电子显微镜对产品进行表征，如附图1—4所示，所制备的CdHgTe量子点的尺寸分布均一，大小为4-5nm(图1所示)，碳纳米管的直径大概在20nm左右(图2所示)，CdHgTe量子点能很好的附着在碳纳米管上，量子点之间没有出现大面积的团聚(图3所示)，从图4中可以清楚地看到量子点的晶格以及碳纳米管的管壁情况，也进一步说明了量子点很好的粘附在碳纳米管上。利用吉时利(Keithley)2635型单通道系统数字源表进行碳纳米管/量子点的纳米复合材料的I-V曲线测量，图中1为黑暗中测量的结果，2为加光照后测量的结果，3为撤掉光照后再次在黑暗中测量的结果，可以看出加了光照后，材料的电流明显发生了变化，当光照撤掉后又能基本上回复到原来的结果，如附图5所示。利用吉时利(Keithley)2635型单通道系统数字源表测量的碳纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
碲汞镉量子点与碳纳米管纳米复合材料的制备方法，其特征在于，以碳纳米管为骨架，表面粘附着碲汞镉量子点，按照下述步骤进行制备：步骤1，将CdC12·2.5H2O和巯基乙酸溶于去离子水中得到混合溶液，并使用氢氧化钠调整pH值为11.0～12.0和通入惰性气体去除氧气，得到A溶液；步骤2，在密封反应器中利用惰性气体去除氧气，将KBH4和Te粉添加到去离子水中得到混合溶液，即B溶液；步骤3，在隔绝空气条件下，使用注射器取出B溶液注入到A溶液中，将混合溶液加热到100～130℃，磁力搅拌下回流反应2～3h得到CdTe量子点溶液；步骤4，将Hg(ClO4)2·3H2O和巯基乙酸溶于去离子水中得到混合溶液，并使用氢氧化钠调整pH值为11.0～12.0，记为C溶液，取C溶液注射进入CdTe量子点溶液，磁力搅拌下回流反应至少12h，即可得到近红外CdHgTe量子点；步骤5，将酸化过的多壁碳纳米管通过超声使其充分分散在去离子水中，将NaCl、NaOH、聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐按质量比为M(NaCl)：M(NaOH):M(PDDA)＝1.16：1.6：2加入分散有碳纳米管的水溶液中，超声使其充分混合，通过离心去掉上清液，将沉淀重新溶解在去离子水中，加入步骤4制备的碲汞镉量子点，超声离心，去掉上清液，将产物清洗干燥，即为碲汞镉量子点与碳纳米管的复合材料。...

【技术特征摘要】
1.碲汞镉量子点与碳纳米管纳米复合材料的制备方法，其特征在于，以碳纳米管为骨架，表面粘附着碲汞镉量子点，按照下述步骤进行制备：步骤1，将CdC12·2.5H2O和巯基乙酸溶于去离子水中得到混合溶液，并使用氢氧化钠调整pH值为11.0～12.0和通入惰性气体去除氧气，得到A溶液；步骤2，在密封反应器中利用惰性气体去除氧气，将KBH4和Te粉添加到去离子水中得到混合溶液，即B溶液；步骤3，在隔绝空气条件下，使用注射器取出B溶液注入到A溶液中，将混合溶液加热到100～130℃，磁力搅拌下回流反应2～3h得到CdTe量子点溶液；步骤4，将Hg(ClO4)2·3H2O和巯基乙酸溶于去离子水中得到混合溶液，并使用氢氧化钠调整pH值为11.0～12.0，记为C溶液，取C溶液注射进入CdTe量子点溶液，磁力搅拌下回流反应至少12h，即可得到近红外CdHgTe量子点；步骤5，将酸化过的多壁碳纳米管通过超声使其充分分散在去离子水中，将NaCl、NaOH、聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐按质量比为MNaCl：MNaOH:MPDDA＝1.16：1.6：2加入分散有碳纳米管的水溶液中，超声使其充分混合，通过离心去掉上清液，将沉淀重新溶解在去离子水中，加入步骤4制备的碲汞镉量子点，超声离心，去掉上...

【专利技术属性】
技术研发人员：封伟，沈永涛，高宁波，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12