幻数团簇纳米晶的制备方法技术

幻数团簇纳米晶的制备方法，于由金属前驱体与硫脲在水溶性胺的水溶液形式的分散剂中进行反应，得到相应的幻数团簇纳米晶产物。所述的金属前驱体为由选自元素周期表中IB族、ⅡB族、ⅣA族的金属元素的无机盐，与含有巯基的小分子有机配体溶解于pH值为10‑14的水中所成的水溶液，所述的有机配体与金属元素的无机盐的摩尔比＞2:1，所述的有机配体包括含有巯基的羧酸类化合物、含有巯基的胺类化合物或含有巯基的醇类化合物。该制备方法可在常温、常压和无需隔绝空气的水相中制备得到幻数团簇纳米晶，操作简便，不存在环境污染，适用范围广泛，具有极大的意义和价值。

Preparation of magic number cluster nanocrystals

【技术实现步骤摘要】
幻数团簇纳米晶的制备方法
本专利技术涉及的是半导体材料的制备方法，特别是一种对幻数团簇纳米晶(magic-sizeclusters)的水相制备方法。
技术介绍
半导体纳米晶材料，也称为量子点，是一种新型无机发光材料。其大小在1-20nm左右，表现出明显的量子限域效应，因而使材料在磁、光、声、热、电、超导方面具有独特的性能。由于这些性能很大程度上依赖于材料的尺寸，因而量子点材料的性能稳定可调节，且具有高的荧光效率。其中，水相量子点因具有与水很好的相溶性能，其在生物和化学分析领域具有广泛的应用前景，如生物成像，细胞标记，荧光探针等。近年来研究者们在常规量子点合成的过程中发现了具有单一尺寸的半导体幻数团簇纳米晶(MSCs)，其具有特定的原子数和稳定的内部结构，直径约为1-2nm，具有原子大小级的精度，尺寸均一，且具有灵活可控的化学性质。它们只在特定的波长呈现出尖锐的吸收峰，而且随着反应的进行其吸收峰会在特定的波长逐渐的增强或减弱。目前有报道的幻数团簇纳米晶的制备方法，基本都在有机相中进行。而众所周知，使用有机相的合成方法通常都具有诸多缺点及局限，对反应环境的要求比较苛刻，如反应需要较高的温度，且需要无水、无氧的环境，同时还会带来较严重的环境污染问题。而以水相方式制备则可具有较明显的优势，但以目前对在水相中合成幻数团簇纳米晶的方法少有提及，更没有系统重现性很好的方法，特别是以如硫化钠等常规的硫源尚无法得到水相的幻数团簇纳米晶。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种以水相方式制备幻数团簇纳米晶(MSCs)的简便方法，可以有效克服传统有机相合成的不环保、高耗能及反应条件严苛等不利因素。本专利技术幻数团簇纳米晶的制备方法，是由金属前驱体与硫脲在水溶性胺的水溶液形式的分散剂中进行反应，即可得到相应的幻数团簇纳米晶产物。其中，所述的金属前驱体为由选自元素周期表中ⅡB族、ⅣA族的金属元素的无机盐，与含有巯基的小分子有机配体溶解于pH值为10-14的水中所成的水溶液；所述的有机配体与金属元素的无机盐的摩尔比＞2:1。所述的有机配体包括含有巯基的小分子化合物的分子量优选为≤200，可包括如羧酸类化合物、含有巯基的胺类化合物或含有巯基的醇类化合物等。实验显示，在常温、常压和无需隔绝空气或惰性气体保护的空气存在条件下，硫脲在所述水溶性胺的水溶液形式分散剂中，与任意比例量的所述金属前驱体都可以进行反应，生成和得到相应的幻数团簇纳米晶产物。其中，在由所述的金属元素的无机盐与含有巯基的小分子有机配体组成的金属前驱体中，所述的该小分子有机配体的作用，主要是能稳定在水溶液中所生成的幻数团簇纳米晶产物。实验显示，当所述该配体的含量过低时，体系中会随着反应的进行而产生沉淀，会对反应的顺利进行有一定的不利影响。因此，在保证使反应能顺利和充分进行的前提下，为减少原料的浪费，一般情况下，所述的有机配体与金属元素的无机盐控制在摩尔比为(2～8):1的范围内都是可行的，例如，将所述的有机配体与金属元素的无机盐的摩尔比控制为4:1时就是一种不错的选择。由于硫脲在所述水溶性胺的水溶液形式分散剂中可与任意比例量的所述金属前驱体立即进行反应，为更有利于反应的均衡进行，一种可选择的方式，可采用将金属前驱体与硫脲先行充分混合后，再将混合物加入所述的分散剂后进行反应并得到相应的幻数团簇纳米晶产物。对该反应影响因素的实验中显示，虽然金属前驱体与硫脲在任意投料比的情况下都可以进行生成幻数团簇纳米晶的反应，但金属前驱体的投料量过大，会影响反应进行的速率。作为一种优选的方式，可以采用将所述的金属前驱体与硫脲的摩尔比为1:(0.5～10)的范围内，例如使金属前驱体与硫脲的摩尔比为1:0.5就可以取得很好的效果。此外，本专利技术上述制备方法的基础上，还可以单独或任意组合采用的优选方式包括：作为分散剂中使用的所述水溶性胺，可以选择常用的乙胺、丙胺、丁胺、戊胺、已胺；特别可优选为乙胺和丁胺；更好的是可选择丁胺。以丁胺为例，实验显示，在以其水溶液作为分散剂时，丁胺与水的体积比一般可选择(0.2～2):1，其中优选的体积比可以为(1～2):1，更好的体积比是2:1；在所述的反应体系中，所述金属前驱体的浓度，一般可控制为0.4～10mM；所述金属前驱体中金属元素无机盐在反应体系中的浓度一般可控制为≤20mM，以避免出现沉淀对反应的顺利进行可能产生的影响；由于反应体系中各组分在水溶液中具有更好的溶解度且并不相互反应，在实际操作中先将各化合物溶解在去离子水中制备好水溶液母液然后混合分散到水和胺的混合溶剂中。实验显示，所述金属前驱体中的金属元素的无机盐在所述其水溶液母液中的浓度，一般可控制为20～80mM，更好的是80mM，有利于控制和调节反应体系中所述的小分子配体与金属元素无机盐的比例；所述金属前驱体中的金属元素的无机盐，可优选包括氯化镉，硝酸镉和硫酸镉在内的水溶性镉盐；所述的金属前驱体的水溶液母液，可优选的pH值为12～13；在所述的含有巯基的小分子有机配体中，可优选为包括巯基丁二酸、巯基丙酸、半胱氨酸等含有巯基的羧酸/氨基酸，例如可优选采用为巯基丙酸由此可以理解，本专利技术的上述方法不仅实现了可以水相方式制备得到相应的幻数团簇纳米晶产物，而且相较于常规的有机相制备方式，反应过程简单方便，反应条件温和，无需任何的特殊处理和复杂的反应条件，在常温常压和空气存在的环境中即可完成反应，对环境污染较小。特别是，本专利技术方法以硫脲为硫源，利用硫脲的水解作用减缓了反应速率，克服了常规水相反应中因阴/阳离子迅速直接成键产生沉淀而无法得到纳米级的幻数团簇纳米晶的缺点。显然，根据本专利技术的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利技术上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。以下通过实施例形式的具体实施方式，对本专利技术的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均属于本专利技术的范围。附图说明图1为实施例1中在丁胺和水溶液中生长出的幻数团簇纳米晶的紫外吸收光谱图。图2为实施例1中在乙胺和水溶液中生长出的幻数团簇纳米晶的紫外吸收光谱图。图3为实施例1中前驱体溶液在不同pH下生长出的幻数团簇纳米晶的紫外吸收光谱图。图4为实施例1中在不同前驱体溶液浓度下生长的幻数团簇纳米晶的紫外吸收光谱图。图5为实施例1中丁胺和水不同比例下生长出的幻数团簇纳米晶的紫外吸收光谱图。图6为实施例1中不同Cd/S前驱体投料比合成硫化镉幻数团簇纳米晶吸收光谱图。图7为实施例1中硝酸镉作为镉前驱体合成幻数团簇纳米晶吸收光谱图。图8为实施例2中在乙胺和水溶液中生长出的幻数团簇纳米晶的紫外吸收光谱图。图9为实施例3中在乙胺和水溶液中生长出的幻数团簇纳米晶的紫外吸收光谱图。具体实施方式实施例1以巯基丙酸(MPA)作为配体的合成硫化镉幻数团簇纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.幻数团簇纳米晶的制备方法，其特征在于由金属前驱体与硫脲在水溶性胺的水溶液形式的分散剂中进行反应，得到相应的幻数团簇纳米晶产物；所述的金属前驱体为由选自元素周期表中IB族、ⅡB族、ⅣA族的金属元素的无机盐，与含有巯基的小分子化合物有机配体溶解于pH值为10-14的水中所成的水溶液，所述的有机配体与金属元素的无机盐的摩尔比＞2:1，所述的有机配体包括含有巯基的小分子化合物的分子量优选为≤200，包括羧酸类化合物、含有巯基的胺类化合物或含有巯基的醇类化合物。/n

【技术特征摘要】
1.幻数团簇纳米晶的制备方法，其特征在于由金属前驱体与硫脲在水溶性胺的水溶液形式的分散剂中进行反应，得到相应的幻数团簇纳米晶产物；所述的金属前驱体为由选自元素周期表中IB族、ⅡB族、ⅣA族的金属元素的无机盐，与含有巯基的小分子化合物有机配体溶解于pH值为10-14的水中所成的水溶液，所述的有机配体与金属元素的无机盐的摩尔比＞2:1，所述的有机配体包括含有巯基的小分子化合物的分子量优选为≤200，包括羧酸类化合物、含有巯基的胺类化合物或含有巯基的醇类化合物。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于采用将金属前驱体与硫脲的混合物加入所述的分散剂后进行反应，得到相应的幻数团簇纳米晶产物，所述的有机配体与金属元素的无机盐的摩尔比为(2～8):1。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的有机配体与金属元素的无机盐的摩尔比为4:1。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述金属前驱体中的金属元素的无机盐为包括氯化镉，硝酸镉和硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：万武双，余睽，张猛，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51