一种核壳结构量子点的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种核壳结构量子点的制备方法，本发明专利技术通过以包括硫代碳酸盐的第一化合物、包括镉和/或锌的羧酸盐或无机盐的第二化合物为壳层前驱体，可以在低温下制备壳层为CdxZn1‑xS的核壳结构量子点。本发明专利技术可以解决现有制备CdZnS壳层需要较高温度、前驱体配制工艺繁琐的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构量子点的制备方法
本专利技术涉及纳米材料制备
，尤其涉及一种核壳结构量子点的制备方法。
技术介绍
量子点是一种尺寸约1-20nm的无机半导体纳米晶，由于其具有半峰宽窄，光学稳定性强，波长连续可控、生物相容性好等优点，量子点已经被广泛应用于显示、照明、太阳能、生物标记等诸多领域。通过在量子点表面再生长一种宽带隙半导体或惰性无机物形成核壳结构，可以钝化量子点核的表面悬空键等缺陷，提高量子点的光学性质及稳定性。ZnS、CdS、ZnSe等具有相对较大的带隙，被广泛的选择应用于核壳结构量子点的壳层材料，取得了很好的效果。除了以上二元壳层材料，CdZnS、ZnSeS等三元合金同样可以用来包覆量子点核。相比ZnS等二元壳层材料，三元合金通过元素比例的调节可以精确调控晶胞参数，使之和量子点核的晶面间距更加匹配。这有利于光滑核壳界面，减少缺陷和晶格应变，提高核壳结构量子点的性能。目前，CdZnS壳层的包覆的通用方法是在量子点核溶液中分别加入Cd(OA)2、Zn(OA)2等金属羧酸盐和TOPS等硫前驱体，高温下反应可以制备得CdZnS壳层(AdvancedMaterials2014,26,8034)，但是该方法所需温度较高，且需要分别配制三种前驱体溶液，工艺繁琐。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种核壳结构量子点的制备方法，以解决现有CdZnS壳层制备需要较高温度、前驱体配制工艺繁琐的问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种核壳结构量子点的制备方法，其特征在于，包括步骤：形成分散有纳米晶核、胺化合物、壳层前驱体的溶液体系，其中，所述壳层前驱体包括第一化合物、第二化合物，所述壳层前驱体含有镉和锌元素，所述第一化合物包括硫代碳酸盐，所述第二化合物包括羧酸盐或/和无机盐，所述羧酸盐或/和无机盐至少含有镉和锌中的一种元素；所述第一化合物和所述第二化合物在所述溶液体系中发生化学反应得到壳层为CdxZn1-xS的核壳结构量子点，其中，0＜x＜1。优选地，所述形成分散有纳米晶核、胺化合物、壳层前驱体的溶液体系的步骤包括：制备所述纳米晶核溶液；制备含有所述胺化合物以及所述第一化合物和所述第二化合物的前驱体溶液；将所述前驱体溶液加入到所述纳米晶核溶液中。优选地，所述形成分散有纳米晶核、胺化合物、壳层前驱体的溶液体系的步骤包括：制备含有所述胺化合物的所述纳米晶核溶液；将所述第一化合物固体和所述第二化合物固体加入到所述纳米晶核溶液中。优选地，所述发生化学反应的温度范围为100-320℃。优选地，所述硫代碳酸盐选自如下结构式化合物中的至少一种，其中R1为O或者S；R2为O、S、N-R4或者Si-R5R6，R4、R5、R6为H或者C1-C18的烷烃链；R3为C1-C18的烷烃链；n＝1、2、3或者4；M为阳离子，其构成元素包括Li、Na、K、Be、Mg、Ca、Al、Mn、Fe、Co、Ni、Ti、V、Cu、Zn、Ga、Ag、Cd、In、Sn、Ba、Au或者Hg。优选地，所述胺化合物包括碳链长度不小于2的饱和或者不饱和胺。优选地，所述羧酸盐包括甲酸盐、乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐、戊酸盐、己酸盐、庚酸盐、辛酸盐、壬酸盐、癸酸盐、十一酸盐、十二酸盐、十三酸盐、十四酸盐、十五酸盐、十六酸盐、十七酸盐、十八酸盐、丙烯酸盐、丁烯酸盐、戊烯酸盐、己烯酸盐、庚烯酸盐、辛烯酸盐、壬烯酸盐、癸烯酸盐、十一烯酸盐、十二烯酸盐、十三烯酸盐、十四烯酸盐、十五烯酸盐、十六烯酸盐、十七烯酸盐、十八烯酸盐、乳酸盐、水杨酸盐、酒石酸盐、草酸盐中的至少一种，所述无机盐包括氯化物、溴化物、磺化物、磷酸盐、硝酸盐、硼酸盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐中的至少一种。优选地，所述纳米晶核包括Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族、Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族或者Ⅱ-Ⅵ族的单一或者合金纳米晶核。优选地，所述前驱体中镉、锌元素的总和与硫元素的摩尔比范围为1:3-2:1。优选地，所述纳米晶核的尺寸为2-10nm，所述CdxZn1-xS壳层的厚度为1-5nm。有益效果：本专利技术通过以含有硫代碳酸盐的第一化合物、含有镉和/或锌的羧酸盐或无机盐的第二化合物为壳层前驱体，可以在低温下制备壳层为CdxZn1-xS的核壳结构量子点；硫代碳酸盐、羧酸盐或者/和无机盐的使用，可以简化前驱体的配制流程，以及方便的在一次实验中对CdxZn1-xS壳层的厚度、镉和锌的比例进行调控。具体实施方式下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护范围。在本专利技术的一个典型的实施方式中，核壳结构量子点的制备方法包括如下步骤：形成分散有纳米晶核、胺化合物、壳层前驱体的溶液体系，其中，壳层前驱体包括第一化合物、第二化合物，壳层前驱体含有镉和锌元素，第一化合物包括硫代碳酸盐，第二化合物包括羧酸盐或/和无机盐，羧酸盐或/和无机盐至少含有镉和锌中的一种元素；第一化合物和第二化合物在溶液体系中发生化学反应得到壳层为CdxZn1-xS的核壳结构量子点，其中，0＜x＜1。本专利技术的关键点之一在于，通过采用硫代碳酸盐、镉的羧酸盐或者无机盐、锌的羧酸盐或者无机盐作为前驱体，使得溶液体系的的配制工艺简单，避免繁琐的前驱体前处理过程。本专利技术中可以通过多种实施方式形成分散有纳米晶核、胺化合物、壳层前驱体的溶液体系。在一个优选的实施方式中，形成分散有纳米晶核、胺化合物、壳层前驱体的溶液体系的步骤包括：制备纳米晶核溶液；制备含有胺化合物以及第一化合物和第二化合物的前驱体溶液；将前驱体溶液加入到纳米晶核溶液中。在另一个优选的实施方式中，形成分散有纳米晶核、胺化合物、壳层前驱体的溶液体系的步骤包括：制备含有胺化合物的纳米晶核溶液；将第一化合物固体和第二化合物固体加入到纳米晶核溶液中。在另一个优选的实施方式中，形成分散有纳米晶核、胺化合物、壳层前驱体的溶液体系的步骤包括：制备纳米晶核溶液；制备含有胺化合物的第一化合物溶液；制备含有第二化合物的溶液；将第一化合物溶液和第二化合物溶液加入到纳米晶核溶液中。在另一个优选的实施方式中，形成分散有纳米晶核、胺化合物、壳层前驱体的溶液体系的步骤包括：制备纳米晶核溶液；制备含有胺化合物的第一化合物溶液；将第一化合物溶液和第二化合物固体加入到纳米晶核溶液中。为了加速反应的速度，在一个优选的实施方式中，发生化学反应的温度范围为100-320℃，更有选为150-250℃。硫代碳酸盐是基于碳酸盐中氧原子被硫原子取代而得到，本专利技术中硫代碳酸盐包括一元硫代碳酸盐、二元硫代碳酸盐或者三元硫代碳酸盐。在一个优选的实施方式中，硫代碳酸盐选自如下结构式化合物中的至少一种，其中R1为O或者S；R2为O、S、N-R4或者Si-R5R6，R4、R5、R6为H或者C1-C18的烷烃链；R3为C1-C18的烷烃链；n＝1、2、3或者4；M为阳离子，其构成元素包括Li、Na、K、Be、Mg、Ca、Al、Mn、Fe、Co、Ni、Ti、V、Cu、Zn、Ga、Ag、Cd、In、Sn、Ba、Au或者Hg。在一个优选的实施方式中，R1为O，由于O原子具有较强的吸电子能力，有效的降低了C-S键的强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核壳结构量子点的制备方法，其特征在于，包括步骤：形成分散有纳米晶核、胺化合物、壳层前驱体的溶液体系，其中，所述壳层前驱体包括第一化合物、第二化合物，所述壳层前驱体含有镉和锌元素，所述第一化合物包括硫代碳酸盐，所述第二化合物包括羧酸盐或/和无机盐，所述羧酸盐或/和无机盐至少含有镉和锌中的一种元素；所述第一化合物和所述第二化合物在所述溶液体系中发生化学反应得到壳层为CdxZn1‑xS的核壳结构量子点，其中，0＜x＜1。

【技术特征摘要】
2017.06.20 CN 20171047124031.一种核壳结构量子点的制备方法，其特征在于，包括步骤：形成分散有纳米晶核、胺化合物、壳层前驱体的溶液体系，其中，所述壳层前驱体包括第一化合物、第二化合物，所述壳层前驱体含有镉和锌元素，所述第一化合物包括硫代碳酸盐，所述第二化合物包括羧酸盐或/和无机盐，所述羧酸盐或/和无机盐至少含有镉和锌中的一种元素；所述第一化合物和所述第二化合物在所述溶液体系中发生化学反应得到壳层为CdxZn1-xS的核壳结构量子点，其中，0＜x＜1。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述形成分散有纳米晶核、胺化合物、壳层前驱体的溶液体系的步骤包括：制备所述纳米晶核溶液；制备含有所述胺化合物以及所述第一化合物和所述第二化合物的前驱体溶液；将所述前驱体溶液加入到所述纳米晶核溶液中。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述形成分散有纳米晶核、胺化合物、壳层前驱体的溶液体系的步骤包括：制备含有所述胺化合物的所述纳米晶核溶液；将所述第一化合物固体和所述第二化合物固体加入到所述纳米晶核溶液中。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述发生化学反应的温度范围为100-320℃。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫代碳酸盐选自如下结构式化合物中的至少一种，其中R1为O或者S；R2为O、S、N-R4或者Si-R5R6，R4、R5、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张孟，孙海龙，周礼宽，
申请(专利权)人：苏州星烁纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32