一种硫化铅量子点的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硫化铅量子点的制备方法。使用水浴加热法制备出具有良好单分散性，尺寸约为3~5 nm的硫化铅量子点。硫化铅量子点材料可减少透射光及长波长入射光的能量损失，改善太阳电池在整个太阳光谱范围内的利用效率，进一步提高太阳能电池的光电转换效率。此方法简单，易于操作，成本低，可大面积制作生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池
，尤其涉及一种硫化铅量子点的制备方法。
技术介绍
目前，在化石燃料日趋减少、温室效应不断的加剧的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分。太阳能由于清洁无污染、储量丰富。太阳能是清洁无污染的可再生能源，而且储量丰富且不受地域限制，被用于替代即将枯竭的化石能源，且能解决中国面临的低碳经济的冲击。在各类新型太阳电池中，量子点与上转换发光材料相结合在太阳能电池领域以低成本、制作工艺简单、相对较高的光电转换效率而成为研究热点。量子点(QDs)，又可称为纳米晶，一般由II—VI族或IV－VI族元素组成的纳米颗粒，粒径一般介于1~10 nm之间。当量子点的尺寸小于其有效Bohr半径时，量子限制效应(quantum confinement effect)十分明显，表现出独特的随着本身尺寸大小而该改变的物理化学性能、光电性能和磁学性能。量子点材料的主要应用领域为太阳能电池、生物标记和生物传感器等。例如应用多种尺寸量子点材料可提高整个太阳光谱范围内的效率，减少了透过及短波长范围内的能量损失，这意味着太阳能电池的光电转换效率能够得到大幅度的提高。此外，量子点作为荧光共振能量转移(Fluorescence resonant energy transfer, FRET)的供体或给体，与上转换发光材料相结合在生物医学、传感器、太阳能电池等方面有很大的应用潜力。作为IV－VI族半导体中的重要化合物，硫化铅由于较小的能带间隙(0.41 eV，300 K)和较大的激子半径(18 nm)，纳米尺度的PbS能带从近红外蓝移到可见光区域，呈现出独特的光学性质和电学性质。传统上采用有机金属路线法合成PbS纳米材料，此方法常使用有毒性原料，并且需要高温和高沸点等反应条件。目前，已有研究者报道采用湿化学方法合成不同形貌的PbS纳米材料，例如纳米棒、纳米片、树状结构等，但采用湿化学方法合成PbS量子点却鲜有报道。Bakueva研究小组首次报道了采用表面活性剂一硫代丙三醇(TGL)和二硫代丙三醇(DTG)的混合物在水溶液中制备出尺寸均匀、直径约为4 nm ± 1 nm的PbS量子点。Deng等采用表面活性剂二氢硫辛酸(DHLA)在室温和水溶液条件下成功合成水溶性的PbS量子点。虽然通过使用表面活性剂一硫代丙三醇(TGL)和二硫代丙三醇或者二氢硫辛酸(DHLA)能在水溶液条件下制备出PbS量子点，但是此类稳定剂价格昂贵，而且有毒性，不适合规模化生产。因此，迫切需要寻找一种价格低廉制备PbS量子点的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术上的不足，提供一种硫化铅量子点的制备方法。一种硫化铅量子点的制备方法，包括如下步骤：a. 按照物质的量准备助剂：十六烷基三甲基溴化铵 20~ 30份、十二烷基硫酸钠20~ 30份、柠檬酸钠 40~ 60份；b. 将上述混合助剂加入水浴温度为50℃~70℃去离子水中，持续高速搅拌3~5 min使之完全溶解，配置成混合溶液；c. 加数滴稀硝酸溶液于上述混合溶液中，将pH值调节到3~5，然后向该溶液中加入柠檬酸钠，柠檬酸钠物质的量为乙酸铅的2~4倍，溶液持续高速搅拌1~2 min，直至变为浅黄色溶液；d. 继续缓慢加入柠檬酸钠，柠檬酸钠物质的量为硫脲的2~4倍，溶液持续高速搅拌3~5 min，溶液颜色由橙黄色慢慢变为棕褐色；e. 将上述所得混合溶液，室温冷却后，经过离心处理，依次用去离子水、无水乙醇各清洗三次，将得到的硫化铅保存于无水乙醇。所述的柠檬酸钠的物质的量为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠二者物质的量之和。所述的乙酸铅溶液和硫脲溶液所含物质的量相等。所述的制备出的硫化铅量子点的直径尺寸为3~5 nm。所述的助剂以物质的量计：十六烷基三甲基溴化铵25份、十二烷基硫酸钠25份、柠檬酸钠50份；所述的乙酸铅溶液和硫脲溶液所含物质的量都为柠檬酸钠物质的量2.5倍。所述的制备步骤从硫脲溶液加入那一刻时间算起，反应物加入完之后时间控制在3~5分钟。反应时间要严格控制，时间过长，则制备不出量子点。所述步骤b中将上述混合助剂加入水浴温度为60℃去离子水中。本专利技术的有益效果：反应温度较低，反应条件温和；无需使用高沸点溶剂；制备方法安全无毒，实验重复性好；所得硫化铅量子点具有良好单分散性。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是所制备的PbS量子点透射电镜图；图2是所制备的PbS量子XRD图谱。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用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种硫化铅量子点的制备方法，包括如下步骤：a. 按照物质的量准备助剂：十六烷基三甲基溴化铵 20~30份、十二烷基硫酸钠20~30份、柠檬酸钠 40~60份；b. 将上述混合助剂加入温度为50℃~70℃水，持续高速搅拌3~5 min使之完全溶解,配置成混合溶液；c. 加数滴稀硝酸溶液于上述混合溶液中，将pH值调节到3~5，然后向该溶液中加入柠檬酸钠，柠檬酸钠物质的量为乙酸铅的2~4倍，溶液持续高速搅拌1~2 min，直至变为浅黄色溶液；d. 继续缓慢加入柠檬酸钠，柠檬酸钠物质的量为硫脲的2~4倍，溶液持续高速搅拌3~5 min，溶液颜色由橙黄色慢慢变为棕褐色；e. 将上述所得混合溶液，室温冷却后，经过离心处理，依次用去离子水、无水乙醇各清洗三次，将得到的硫化铅保存于无水乙醇。所述的柠檬酸钠的物质的量为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠二者物质的量之和。所述乙酸铅溶液和硫脲溶液所含物质的量相等。制备出的硫化铅量子点的直径尺寸为3~5 nm。所述助剂以物质的量计：十六烷基三甲基溴化铵25份、十二烷基硫酸钠25份、柠檬酸钠50份；所述乙酸铅溶液和硫脲溶液所含物质的量都为柠檬酸钠物质的量2.5倍。所述的制备步骤从硫脲溶液加入那一刻时间算起，反应物加入完之后时间控制在3~5分钟。反应时间要严格控制，时间过长，则制备不出量子点。所述步骤b中将上述混合助剂加入水浴温度为60℃去离子水中。实施例11）分别称量十六烷基三甲基溴化铵18.2 mg (0.05 mmol)、十二烷基硫酸钠14.4 mg (0.05 mmol)、柠檬酸钠 29.4 mg (0.1 mmol)，加入到50 mL水温为60℃的烧杯中，持续高速搅拌3~5 min使之完全溶解；2）加数滴稀硝酸溶液于上述混合溶液中，并用pH计调节pH值到4，然后加入5 mL 0.05 mol/L乙酸铅溶液并持续高速搅拌2min，此时溶液变为浅黄色；3）缓慢加入10 mL 浓度为0.025 mol/L的硫脲溶液并持续高速搅拌4 min，溶液颜色由橙黄色慢慢变为棕褐色。4）将上述所得混合溶液，室温冷却后，经过离心处理，依次用去离子水、无水乙醇各清洗三次，将得到的硫化铅保存于无水乙醇。实施例21） 分别称量十六烷基三甲基溴化铵36.4mg (0.1 mmol)、十二烷基硫酸钠28.8mg (0.1 mmol)、柠檬酸钠58.8 mg (0.2 mmol)，加入到100 mL水温为70℃的烧杯中，持续高速搅拌3~5 min使之完全溶解；2）加数滴稀硝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫化铅量子点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A、按照物质的量准备助剂：十六烷基三甲基溴化铵20~ 30份、十二烷基硫酸钠20~ 30份、柠檬酸钠 40~ 60份；B、将上述混合助剂加入水浴温度为50℃~70℃去离子水中，持续高速搅拌3~5 min使之完全溶解，配置成混合溶液；C、加数滴稀硝酸溶液于上述混合溶液中，将pH值调节到3~5，然后向该溶液中加入柠檬酸钠，柠檬酸钠物质的量为乙酸铅的2~4倍，溶液持续高速搅拌1~2 min，直至变为浅黄色溶液；D、继续缓慢加入柠檬酸钠，柠檬酸钠物质的量为硫脲的2~4倍，溶液持续高速搅拌3~5 min，溶液颜色由橙黄色慢慢变为棕褐色；E、将上述所得混合溶液，室温冷却后，经过离心处理，依次用去离子水、无水乙醇各清洗三次，将得到的硫化铅保存于无水乙醇。

【技术特征摘要】
1.一种硫化铅量子点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A、按照物质的量准备助剂：十六烷基三甲基溴化铵20~ 30份、十二烷基硫酸钠20~ 30份、柠檬酸钠 40~ 60份；B、将上述混合助剂加入水浴温度为50℃~70℃去离子水中，持续高速搅拌3~5 min使之完全溶解，配置成混合溶液；C、加数滴稀硝酸溶液于上述混合溶液中，将pH值调节到3~5，然后向该溶液中加入柠檬酸钠，柠檬酸钠物质的量为乙酸铅的2~4倍，溶液持续高速搅拌1~2 min，直至变为浅黄色溶液；D、继续缓慢加入柠檬酸钠，柠檬酸钠物质的量为硫脲的2~4倍，溶液持续高速搅拌3~5 min，溶液颜色由橙黄色慢慢变为棕褐色；E、将上述所得混合溶液，室温冷却后，经过离心处理，依次用去离子水、无水乙醇各清洗三次，将得到的硫化铅保存于无水乙醇。2.根据权利要求1所述的硫化铅量子点的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸钠的物质的量...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦岳超，瞿博阳，张朋，刘萍，朱永胜，武明义，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：河南;41