一种三明治型多元量子点及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三明治型多元量子点及其制备方法，属于量子点材料技术领域，能够解决现有多元量子点的量子产率、稳定性和发光性能低的问题。所述制备方法包括：配制含有S元素的多元量子点的溶液；配制含有锌元素的金属有机框架MOF

【技术实现步骤摘要】
一种三明治型多元量子点及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种三明治型多元量子点及其制备方法，属于量子点材料


技术介绍

[0002]Ⅰ‑Ⅲ‑Ⅵ
族多元量子点具有粒径尺寸小、半峰宽较宽、荧光范围可调、抗光漂白能力强、生物相容性好、发光寿命长等优异的物理化学性质，被认为是替代传统镉基二元量子点的理想材料。其中，Ag
‑
In
‑
S和Cu
‑
In
‑
S作为
Ⅰ‑Ⅲ‑Ⅵ
族多元量子点的典型代表，具有合适的带隙宽度和较大的Stokes位移。与二元量子点仅能靠粒径尺寸实现发射范围可调相比，该类多元量子点还可以通过改变化学成分实现发射范围在可见光到近红外光区域连续调谐，因此在太阳能电池、发光二极管、光探测器、生物成像等领域具有潜在的应用前景。但与二元量子点相比，多元量子点由于含有多种不同类型的金属离子，在合成时金属离子之间存在反应速率不同的问题，加大了多元量子点的制备难度，同时增加了晶体内部缺陷，多元量子点的量子产率和稳定性仍有待提高。
[0003]为了解决上述问题，科研工作者相继提出了表面配体修饰、核壳结构包覆和过渡金属掺杂等策略以提高多元量子点的荧光强度。对于多元量子点而言，阳离子之间存在较大的化学性质差异(如：Ag
+
和Cu
+
属于软酸，In
3+
属于硬酸)，而硫族元素(S、Se、Te)为软碱，可以根据软硬酸碱(HSAB)理论引入不同类型的有机配体(例如硫醇、羧酸或胺类)平衡阳离子间的化学反应活性，避免杂质相二元硫化物的生成，同时钝化表面缺陷，增强辐射复合发光；而核壳结构包覆策略则通常采用宽带隙的ZnS层包覆在多元量子点表面，将电子和空穴限制于核内，进一步提高多元量子点的荧光性能；此外，过渡金属掺杂形成合金结构多元量子点(如Ag/Cu
–
In
–
Zn
–
S)则可以有效调控多元量子点的内部缺陷，促进辐射复合，提高量子产率同时拓宽发光峰的可调范围。这些策略虽然可以部分改善荧光性能，但从胶体量子点到干燥成粉体过程中因聚集产生的荧光猝灭现象仍未能避免，引起量子产率的降低。
[0004]金属有机框架(MOFs)是由含氧、氮和碳等有机配体与过渡金属或者稀土金属自组装连接而成的框架结构。与无机分子筛和沸石等传统多孔材料相比，MOFs可以通过不同金属离子与不同的桥连有机配体进行组合，获得不同拓扑结构和孔径的多孔框架晶体材料，因此具有更突出的优势，如多孔性、高比表面积、不饱和的金属位点以及结构的多样性。近期，科研工作者报道了将高量子产率的发光客体(如钙钛矿纳米晶CsPbX3、碳量子点、CdSe
x
S1‑
x
等)材料引入MOFs通道，可以避免水、热和光对其降解，虽然有效提高了其热稳定性和长期稳定性，但MOFs和荧光材料间未形成牢固的化学键合，仅靠物理键合简单结合，同时均在一定程度上降低了量子点的发光性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种三明治型多元量子点及其制备方法，能够解决现有多元量子点的量子产率、稳定性和发光性能低的问题。
[0006]一方面，本专利技术提供了一种三明治型多元量子点制备方法，所述制备方法包括：
[0007]配制含有S元素的多元量子点的溶液；
[0008]配制含有锌元素的金属有机框架MOF
‑
5；
[0009]将配制好的所述MOF
‑
5加入所述多元量子点的溶液中，在预设条件下进行反应，使一部分所述MOF
‑
5在所述多元量子点外表面生成ZnS包覆层，剩余部分的所述MOF
‑
5包裹在所述ZnS包覆层外表面，形成三明治型多元量子点。
[0010]可选的，所述多元量子点的溶液为Ag/Cu
‑
In
‑
S多元量子点溶液；
[0011]所述Ag/Cu
‑
In
‑
S多元量子点溶液中包含金属离子In
3+
和Ag
+
/Cu
+
。
[0012]可选的，所述MOF
‑
5与所述Ag/Cu
‑
In
‑
S多元量子点溶液中的金属离子的摩尔比为1:8～48。
[0013]可选的，所述预设条件为持续搅拌，并微波加热至40～180℃反应0.25～2h。
[0014]可选的，所述配制含有S元素的多元量子点的溶液，具体包括：
[0015]通过金属盐、有机溶剂、油酸和十二烷基硫醇配制前驱液，所述金属盐中包含金属In和Ag/Cu，所述前驱液中包含金属离子In
3+
和Ag
+
/Cu
+
；
[0016]将吸波剂加入所述前驱液中，并微波加热至90～110℃反应，得到反应后溶液；
[0017]将硫源加入所述反应后溶液中，微波加热至80～180℃反应0.1～1h，得到Ag/Cu
‑
In
‑
S多元量子点溶液。
[0018]可选的，所述Ag/Cu、所述In、所述油酸和所述十二烷基硫醇的摩尔比为1∶1～10∶5～25∶15～35；
[0019]所述硫源和所述反应后溶液中金属离子的摩尔比为1∶0.6～1.8；
[0020]所述前驱液的浓度为0.01～10mmol/L；
[0021]所述吸波剂与所述前驱液的体积比为1∶1～20。
[0022]可选的，所述金属盐为金属硝酸盐、金属氯盐、金属碘盐和金属醋酸盐；
[0023]所述有机溶剂为十八烯和氯仿；
[0024]所述硫源为硫化钠、升华硫和硫化铵；
[0025]所述吸波剂为丙三醇、丙二醇。
[0026]可选的，所述配制含有锌元素的金属有机框架MOF
‑
5，具体包括：
[0027]将硝酸锌和对苯二甲酸溶于N，N
‑
二甲基甲酰胺，得到混合溶液；
[0028]在所述混合溶液中加入三乙胺，在室温及搅拌条件下反应0.2～1h，得到沉淀；
[0029]对所述沉淀进行洗涤和抽滤后，在90～120℃条件下干燥8～12h获得金属有机框架MOF
‑
5。
[0030]可选的，所述硝酸锌与所述对苯二甲酸的摩尔比为1∶0.3～0.8；
[0031]所述混合溶液的浓度为20～100mmol/L。
[0032]另一方面，本专利技术还提供了一种三明治型多元量子点，所述三明治型多元量子点由上述任一项所述的三明治型多元量子点制备方法制得。
[0033]本专利技术能产生的有益效果包括：
[0034]本专利技术通过含有锌元素的金属有机框架MOF
‑
5与多元量子点的溶液中的多元量子点微波反应生成Ag/Cu
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三明治型多元量子点制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：配制含有S元素的多元量子点的溶液；配制含有锌元素的金属有机框架MOF
‑
5；将配制好的所述MOF
‑
5加入所述多元量子点的溶液中，在预设条件下进行反应，使一部分所述MOF
‑
5在所述多元量子点外表面生成ZnS包覆层，剩余部分的所述MOF
‑
5包裹在所述ZnS包覆层外表面，形成三明治型多元量子点。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多元量子点的溶液为Ag/Cu
‑
In
‑
S多元量子点溶液；所述Ag/Cu
‑
In
‑
S多元量子点溶液中包含金属离子In
3+
和Ag
+
/Cu
+
。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述MOF
‑
5与所述Ag/Cu
‑
In
‑
S多元量子点溶液中的金属离子的摩尔比为1:8～48。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预设条件为持续搅拌，并微波加热至40～180℃反应0.25～2h。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述配制含有S元素的多元量子点的溶液，具体包括：通过金属盐、有机溶剂、油酸和十二烷基硫醇配制前驱液，所述金属盐中包含金属In和Ag/Cu，所述前驱液中包含金属离子In
3+
和Ag
+
/Cu
+

【专利技术属性】
技术研发人员：陈婷，胡泽浩，谢志翔，郭春显，李长明，李佐习，张春媚，陈园虹，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：