一种铝掺杂半导体量子棒及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种铝掺杂半导体量子棒及其制备方法和用途，所述铝掺杂半导体量子棒具有核壳结构，核为CdSe、CdTe、CdS、ZnSe、CdTe、CuInS、InP、CuZnSe或ZnMnSe中的任意一种或至少两种的混合物，壳层为Al掺杂的壳基材，所述壳基材为CdS、ZnO、ZnS、ZnSe或ZnTe中的任意一种或至少两种的混合物。本发明专利技术不改变核材料的结构和组成，而是铝原子融入量子棒壳材料的晶格中，在量子棒表面形成一层钝化层，提高量子棒的光稳定性，不仅稳定性更高，而且不易引起猝灭。

【技术实现步骤摘要】
一种铝掺杂半导体量子棒及其制备方法和用途
本专利技术涉及发光材料
，尤其涉及一种铝掺杂半导体量子棒及其制备方法和用途。
技术介绍
半导体量子棒是一种直径在10nm以下而长度在10～100nm的纳米晶体材料。因其较小的尺寸而产生的量子效应使量子棒具有的独特的光电性质，如荧光特性。与半导体量子点类似，量子棒的荧光发射波长和量子效率可以通过改变量子棒本身的尺寸或组成成分来调控。比起传统的有机发光材料，量子棒的荧光半峰宽窄、对称性高，具有较长的荧光寿命，抗光漂白；另外，量子棒的长形形态使得其具有量子点不具备的发射偏振光的特性，因此近年来吸引了广泛的研究关注。目前关于量子点的合成研究有很多，但对量子棒的合成研究相对较少。这是因为量子棒的形成需要晶体沿一定轴向生长并保持量子尺寸效应，对反应控制，配方选择都要求较高，从而使得量子棒的制备比量子点更有难度。CN104134731A与CN106283398A分别公布了一种短波长和长波长发射量子棒的制备方法，均是在高温下，通过采用一定的配方使得锌化合物或镉化合物核心上沿一定轴向生长出硫化锌、硫化镉等半导体壳层，最后达到生成量子棒的目的。尽管通过上述方法可以获得良好荧光性能的量子棒晶体，但一般量子棒在长时间光激发下会产生荧光强度下降，半峰宽变宽，峰位移动等问题，限制了其在光电领域的应用。因此，如何获得稳定性能更好的量子棒成了目前研究的重要课题之一。
技术实现思路
鉴于现有制备量子棒技术中存在的操作温度高，反应较难控制，且生成的量子棒稳定性不佳等问题，本专利技术的目的之一在于提供一种温和、可控性高的量子棒制备方法，制备出更高光稳定性的量子棒。为达此目的，本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种铝掺杂半导体量子棒，所述铝掺杂半导体量子棒具有核壳结构，核为CdSe、CdTe、CdS、ZnSe、CdTe、CuInS、InP、CuZnSe或ZnMnSe中任意一种或至少两种的混合物，所述混合物典型但非限制性实例有：CdSe和CdTe的混合物，CdS和ZnSe的混合物，CdTe和CuInS的混合物，InP和CuZnSe的混合物，CuZnSe和ZnMnSe的混合物，CdSe、CdTe和CdS的混合物，ZnSe、CdTe和CuInS的混合物，InP、CuZnSe和ZnMnSe的混合物，CdSe、CdTe、CdS、ZnSe和CdTe的混合物等，壳层为Al掺杂的壳基材，所述壳基材为CdS、ZnO、ZnS、ZnSe或ZnTe中任意一种或至少两种的混合物，所述混合物典型但非限制性实例有：CdS和ZnO的混合物，ZnS和ZnSe的混合物，ZnSe和ZnTe的混合物，CdS、ZnO和ZnS的混合物，CdS、ZnO、ZnS、ZnSe和ZnTe的混合物等。现有技术中直接在核材料上掺杂铝的方法也能一定程度上提高其光稳定性，但光催化效率的稳定与荧光效率的稳定性是完全不同的技术问题。如图1所示，本专利技术不改变核材料的结构和组成，而是铝原子融入量子棒壳材料的晶格中，在量子棒表面形成一层钝化层，提高量子棒的光稳定性，不仅稳定性更高，而且不易引起猝灭。优选地，所述核材料为CdSe。优选地，所述壳材料为CdS。第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的铝掺杂半导体量子棒的制备方法，包括如下步骤：(1)将核材料的阴离子源溶解于有机溶剂中，得到溶液I；将有机铝溶解于含硫有机溶剂中得到Al溶液；(2)将核材料的阳离子源与表面修饰剂a混合，加热至透明后溶于所述有机溶剂，得到溶液II，与步骤(1)所得溶液I混合，反应后，得到核材料溶液；(3)将步骤(2)所得核材料溶液分散到酸溶液中，得到核材料的酸溶液；(4)将壳材料的阳离子源与表面修饰剂b混合，加热至透明后，依次加入步骤(1)所得Al溶液和步骤(3)所得核材料的酸溶液，升温进行反应，得到铝掺杂半导体量子棒溶液。本专利技术所述方法通过在量子棒合成过程中掺入铝元素，使铝原子融入壳材料的晶格中并在量子棒表面形成一层钝化层，进而制得高光稳定性的量子棒。且本专利技术制备方法温和，可控性高，有机体系相较于水体系不仅普适性高，且更利于合成发光效率高的荧光材料。优选地，步骤(1)所述有机溶剂包括三正辛基膦。优选地，步骤(1)所述溶液I中核材料的阴离子浓度为0.5～1.5mol/L，例如0.5mol/L、0.8mol/L、1.0mol/L、1.2mol/L、1.4mol/L或1.5mol/L等。优选地，步骤(1)所述有机铝包括异丙醇铝和/或仲丁醇铝。优选地，步骤(1)所述含硫有机溶剂包括硫醇，优选十二硫醇和/或十八硫醇。优选地，步骤(1)所述Al溶液中Al的浓度为10～100mmol/mL，例如10mmol/mL、20mmol/mL、30mmol/mL、40mmol/mL、50mmol/mL、60mmol/mL、70mmol/mL、80mmol/mL、90mmol/mL或100mmol/mL等。优选地，步骤(2)所述表面修饰剂a包括十四烷基磷酸和/或三正辛基氧膦。优选地，步骤(2)所述核材料的阳离子源与表面修饰剂a的质量比为1:(30～90)，例如1:30、1:40、1:50、1:60、1:70、1:80或1:90等。优选地，所述加热的温度为300～390℃，例如300℃、310℃、320℃、340℃、350℃、380℃或390℃等。优选地，步骤(2)所述溶液I与溶液II的体积比为1:(0.5～1)，例如1:0.5、1:0.6、1:0.7、1:0.8、1:0.9或1:1等。优选地，步骤(3)所述酸溶液包括三正辛基膦溶液、三正丁基膦溶液或二苯基磷酸溶液中的任意一种或至少两种的组合。所述组合典型但非限制性实例有：三正辛基膦溶液和三正丁基膦溶液的组合，三正丁基膦溶液和二苯基磷酸溶液的组合，三正辛基膦溶液、三正丁基膦溶液和二苯基磷酸溶液的组合等。优选地，步骤(3)所述分散前还包括：将步骤(2)所得核材料溶液提纯。优选地，所述提纯包括：将核材料溶液用氯仿和/或乙醇洗涤。优选地，步骤(4)所述表面修饰剂b包括正己基磷酸、十四烷基磷酸、三正辛基氧膦、油酸或十八烯中的任意一种或至少两种的组合。所述组合典型但非限制性实例有：正己基磷酸和十四烷基磷酸的组合，十四烷基磷酸和三正辛基氧膦的组合，正己基磷酸、十四烷基磷酸和三正辛基氧膦、油酸、十八烯的组合等。优选地，步骤(4)所述壳材料的阳离子源与表面修饰剂b的质量比为1:(30～90)，例如1:30、1:40、1:50、1:60、1:70、1:80或1:90等。优选地，步骤(4)中所述加热的温度为200℃～280℃，例如200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃或280℃等。将掺入的铝元素量控制在一定范围内，进一步提高量子棒稳定性，同时降低浓度过高导致的荧光淬灭风险。优选地，步骤(4)中所述Al溶液与所述核材料的酸溶液之间的体积比为(1～10):(5～15)，例如1:5、1:10、1:15、3:7、5:13、10:5或10:15等。优选地，步骤(4)中所述反应的温度为240℃～280℃，例如240℃、245℃、250℃、255℃、260℃、265℃、270℃、275℃或280℃等，时间为0.5～10h，例如0.5h、1h、2h、3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝掺杂半导体量子棒，其特征在于，所述铝掺杂半导体量子棒具有核壳结构，核为CdSe、CdTe、CdS、ZnSe、CdTe、CuInS、InP、CuZnSe或ZnMnSe中的任意一种或至少两种的混合物，壳层为Al掺杂的壳基材，所述壳基材为CdS、ZnO、ZnS、ZnSe或ZnTe中的任意一种或至少两种的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种铝掺杂半导体量子棒，其特征在于，所述铝掺杂半导体量子棒具有核壳结构，核为CdSe、CdTe、CdS、ZnSe、CdTe、CuInS、InP、CuZnSe或ZnMnSe中的任意一种或至少两种的混合物，壳层为Al掺杂的壳基材，所述壳基材为CdS、ZnO、ZnS、ZnSe或ZnTe中的任意一种或至少两种的混合物。2.如权利要求1所述的铝掺杂半导体量子棒，其特征在于，所述核为CdSe。3.如权利要求1或2所述的铝掺杂半导体量子棒，其特征在于，所述壳基材为CdS。4.一种如权利要求1～3任一项所述的铝掺杂半导体量子棒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将核材料的阴离子源溶解于有机溶剂中，得到溶液I；将有机铝溶解于含硫有机溶剂中得到Al溶液；(2)将核材料的阳离子源与表面修饰剂a混合，加热至透明后溶于所述有机溶剂，得到溶液II，与步骤(1)所得溶液I混合，反应后，得到核材料溶液；(3)将步骤(2)所得核材料溶液分散到酸溶液中，得到核材料的酸溶液；(4)将壳材料的阳离子源与表面修饰剂b混合，加热至透明后，依次加入步骤(1)所得Al溶液和步骤(3)所得核材料的酸溶液，升温进行反应，得到铝掺杂半导体量子棒溶液。5.如权利要求4所述的铝掺杂半导体量子棒的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述有机溶剂包括三正辛基膦；优选地，步骤(1)所述溶液I中核材料的阴离子浓度为0.5～1.5mol/L；优选地，步骤(1)所述有机铝包括异丙醇铝和/或仲丁醇铝；优选地，步骤(1)所述含硫有机溶剂包括硫醇，优选十二硫醇和/或十八硫醇；优选地，步骤(1)所述Al溶液中Al的浓度为10～100mmol/mL。6.如权利要求4或5所述的铝掺杂半导体量子棒的制备方法，其特征在于，步骤(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙小卫，王恺，周劭臣，刘皓宸，
申请(专利权)人：深圳扑浪创新科技有限公司，南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44