一种复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种复合材料及其制备方法，所述复合材料包括磷烯以及结合在所述磷烯表面的量子点材料，所述量子点材料通过原位生长的方式均匀分布在磷烯表面，均一性好，同时，通过磷烯与量子点材料中的金属原子之间的配位，实现磷烯与量子点材料两者之间的紧密结合。本方法制备的复合材料具有优良的电子传输率、光学性能，以及高效的光电转换率，可应用于光伏、显示等光电转换领域。

A composite material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料及其制备方法
本专利技术涉及量子点领域，尤其涉及一种复合材料及其制备方法。
技术介绍
量子点是指粒径介于1-10nm之间的纳米颗粒，由II－VI族或III－V族元素组成的量子点，由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成分立能级结构，受激后可以发射荧光。基于量子效应，量子点在太阳能电池、发光器件、光学生物标记等领域具有广泛的应用前景。量子点具有激发光谱宽且连续分布，且发射光谱窄而对称，颜色可调，光化学稳定性高，荧光寿命长等优越的荧光特性。通过控制量子点的成分、结构和尺寸，可调节量子点的发光波长，得到可见光区域内的所有光谱。通过控制量子点的合成条件，可通减小其发光峰峰宽，得到颜色纯正的荧光，用于显示领域可大幅度提高色域和颜色饱和度。然而，由于量子点具有非常大的比表面积，表面原子比例大，存在大量的不饱和键和悬键，并产生大量的中间态能级。中间态能级可俘获电子-空穴对，使其发生非辐射复合，导致量子点的量子产率降低，因此，开发高量子效率的材料仍然是量子点研究领域的一个大挑战。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具有高效光电转换效率以及结合了优良电子传输率和光学性能的复合材料及其制备方法。本专利技术的技术方案如下：一种复合材料的制备方法，其中，包括步骤：提供一种磷烯分散液；惰性氛围下，向所述磷烯分散液中加入阳离子前驱体、有机酸以及长链烯烃，混合并加热得到阳离子前驱体溶液；将阴离子前驱体与有机膦溶液混合并加热，得到阴离子前驱体溶液；将所述阴离子前驱体溶液加入所述阳离子前驱体溶液中，混合加热使磷烯表面形成量子点，得到复合材料。一种复合材料，其中，包括磷烯以及结合在所述磷烯表面的量子点材料。有益效果：本专利技术提供的复合材料包括磷烯以及结合在所述磷烯表面的量子点材料，所述量子点材料通过原位生长的方式均匀分布在磷烯表面，均一性好，同时，通过磷烯与量子点材料中的金属原子之间的配位，实现磷烯与量子点材料两者之间的紧密结合。本方法制备的复合材料具有优良的电子传输率、光学性能，以及高效的光电转换率，可应用于光伏、显示等光电转换领域。附图说明图1为本专利技术一种复合材料的制备方法较佳实施例的流程图。具体实施方式本专利技术提供一种复合材料及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，图1为本专利技术提供的一种复合材料的制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，包括步骤：S10、提供一种磷烯分散液；S20、惰性氛围下，向所述磷烯分散液中加入阳离子前驱体、有机酸以及长链烯烃，混合并加热得到阳离子前驱体溶液；S30、将阴离子前驱体与有机膦溶液混合并加热，得到阴离子前驱体溶液；S40、将所述阴离子前驱体溶液加入所述阳离子前驱体溶液中，混合加热使磷烯表面形成量子点，得到复合材料。具体来讲，磷烯是一种由单层或多层磷原子构成的二维结构材料，其具有优异的电学特性，电子迁移率高达1000cm2/V.s，是继石墨烯、二硫化钼之后的新型二维半导体材料。磷烯优异的电学性能，显示出其在电化学器件、光电转换器件方面巨大的应用前景。本专利技术制备的复合材料包括磷烯以及结合在所述磷烯表面的量子点材料，所述量子点材料通过原位生长的方式均匀分布在磷烯表面，均一性好，同时，通过磷烯与量子点材料中的金属原子之间的配位，实现磷烯与量子点材料两者之间的紧密结合，从而使得所述复合材料具有优良的电子传输率、光学性能，以及高效的光电转换率。作为其中一实施方式，本实施方式以黑磷粉体作为原材料制备磷烯分散液，其制备方法包括步骤：将黑磷粉体、吡咯酮烷基衍生物与醇类稳定剂混合并进行超声处理，得到混合液；对所述混合液进行离心处理，收集上层液，即得到磷烯分散液。在超声波的作用下，所述黑磷作为磷源被剥离成单层的磷原子层以及磷烯；所述吡咯酮烷基衍生物作为分散液，在黑磷剥离过程中充当分散介质；所述环丙醇或环丁醇作为稳定剂，可避免剥离出来的磷烯因表面能过大而再次团聚形成黑磷薄片。优选地，所述吡咯酮烷基衍生物选自N-环己基吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮中的一种或多种，但不限于此。优选地，所述黑磷在吡咯酮烷基衍生物中的质量浓度范围为5-100mg/ml，若所述黑磷的质量浓度低于5mg/ml，则黑磷质量浓度过低，磷烯产量少，生产效率低；所述所述黑磷的质量浓度高于100mg/ml，则黑磷浓度过大，超声分散效果不好，大量原料被浪费，增加生产成本。优选地，所述吡咯酮烷基衍生物与醇类稳定剂的体积比为50:1-10:1，若醇类稳定剂比例过小，则磷烯不稳定，容易重新团聚；若醇类稳定剂比例过大，则对磷烯分散液的稳定性没有明显提升，同时增加了原料成本，性价比较低。优选地，所述醇类稳定剂选自环丙醇和环丁醇中的一种或多种，但不限于此。优选地，所述超声功率范围为100-800W，若超声功率低于100W，则黑磷无法被剥离成磷烯，若超声功率高于800W，则磷烯容易被进一步撕裂，尺寸减小，同时影响材料的电学性能。优选地，所述超声时间为2-5h，若超声时间小于2h，则磷烯产量较低，若超声时间大于5h，则得到的磷烯样品尺寸减小，电学性能下降。优选地，所述离心转速为4000-6000rpm，离心时间为3-5min，当离心转速过低，离心时间过短时，将导致得到的磷烯纯度下降，样品中会存在少量黑磷薄片；当磷烯转速过高，离心时间过长时，则将导致能耗增加，性价比下降。作为其中一实施方式，将所述磷烯分散液与阳离子前驱体、有机酸、长链烷烃分别加入三颈烧瓶中，并在惰性气氛下搅拌均匀，在室温下排空气一段时间后，升温至150℃，恒温处理，排除反应体系内的水分；然后，将温度上升至300℃，恒温搅拌，除去反应体系内的吡咯烷基衍生物（磷烯分散介质），并得到阳离子前驱体溶液。优选地，所述阳离子前驱体选自锌离子前驱体、镉离子前驱体和铟离子前驱体中的一种或多种，但不限于此；其中，所述镉离子前驱体选自油酸镉、氧化镉、硫酸镉、醋酸镉等镉化合物中的一种或多种，但不限于此；所述锌离子前驱体选自油酸锌、醋酸锌、氧化锌等锌化合物中的一种或多种，但不限于此；所述铟离子前驱体选自醋酸铟、油酸铟、棕榈酸铟、氯化铟等铟化合物中的一种或多种，但不限于此。优选地，所述有机酸选自油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸等有机羧酸化合物中的一种或多种，但不限于此。优选地，所述长链烯烃选自十六烯、十八烯、二十烯等常温液态烯烃中的一种或多种，但不限于此。优选地，所述阳离子前驱体溶液中，磷烯的质量浓度为2-10mg/ml，若磷烯的质量浓度低于2mg/ml时，则会导致后期合成的磷烯-量子点复合材料中，磷烯含量过低，复合材料的性能无法得到充分优化；若磷烯的质量浓度高于10mg/ml时，则在高温反应过程中，单层的磷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：/n提供一种磷烯分散液；/n惰性氛围下，向所述磷烯分散液中加入阳离子前驱体、有机酸以及长链烯烃，混合并加热得到阳离子前驱体溶液；/n将阴离子前驱体与有机膦溶液混合并加热，得到阴离子前驱体溶液；/n将所述阴离子前驱体溶液加入所述阳离子前驱体溶液中，混合加热使磷烯表面形成量子点，得到复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供一种磷烯分散液；
惰性氛围下，向所述磷烯分散液中加入阳离子前驱体、有机酸以及长链烯烃，混合并加热得到阳离子前驱体溶液；
将阴离子前驱体与有机膦溶液混合并加热，得到阴离子前驱体溶液；
将所述阴离子前驱体溶液加入所述阳离子前驱体溶液中，混合加热使磷烯表面形成量子点，得到复合材料。


2.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述磷烯分散液的制备方法包括步骤：
将黑磷粉体、吡咯酮烷基衍生物与醇类稳定剂混合并进行超声处理，得到混合液；
对所述混合液进行离心处理，收集上层液，即得到磷烯分散液。


3.根据权利要求2所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述吡咯烷基衍生物选自N-环己基吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮中的一种或多种。


4.根据权利要求2所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述超声功率为100-800W，和/或超声时间为2-5h。


5.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述阳离子前驱体为锌离子前驱体、镉离子前驱体和铟离子前驱体中的一种或多种。


6.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述阴离子前驱体为硫源、硒源、碲源和磷离子前驱体中的一种或多种。


7.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述阳离子前驱体溶液中，磷烯的质量浓度为2-10mg/ml；和/或
所述有机酸与长链烯烃的体积比为1:2-1:5；和/或
所述阴离子前驱体溶液中，阴离子的浓度为0.2-2mol/L。


8.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丘洁龙，
申请(专利权)人：深圳TCL工业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44