一种InP量子点及其制备方法技术

一种InP量子点及其制备方法，属于光电材料领域。InP量子点的制备方法包括：将InP晶种和Zn摩尔浓度较低的Zn

【技术实现步骤摘要】
一种InP量子点及其制备方法


[0001]本申请涉及光电材料领域，具体而言，涉及一种InP量子点及其制备方法。

技术介绍

[0002]量子点又称荧光半导体纳米晶，具有明显的量子尺寸效应，其表现出独特的电子和光学性质，如激发光谱宽、发射光谱窄、发光波长随尺寸组分可调、光稳定性好等优点，因其在照明、显示、太阳能和生物标记等领域的潜在应用价值，一直是人们关注的焦点。
[0003]目前，人们应用最多的是二元量子点，这些量子点多由II
‑Ⅵ
族和
Ⅳ‑Ⅵ
族半导体元素组成，如CdSe、CdTe和PbS等，而这些量子点中含有Cd、Pb等重金属元素，潜在的毒性却极大限制了其实际应用。
[0004]InP量子点不含重金属元素，毒性远远小于II
‑Ⅵ
族Cd类量子点材料，同时InP量子点的玻尔半径约为10nm(块体带宽1.35eV)，可通过调节量子点尺寸实现发射峰从蓝光(460nm)到近红外光(～750nm)范围内的有效控制，是一种理想的替代Cd类量子点的纳米材料。并且InP量子点为直接带隙半导体，具有较高的介电常数。InP量子点独特的性质使其在光通讯、探测、发光二极管以及生物成像等领域被广泛应用。
[0005]在InP合成中，现有技术存在量子效率低、稳定性弱等缺点。InP量子点的共价性较强，其核心量子点表面缺陷较多，量子点效率低,为了提高InP量子点的量子效率和稳定性，通常需要在其表面包覆有效的钝化壳层。目前，对于InP量子点，主要将ZnS或ZnSe或ZnSe/ZnS钝化壳层作为钝化壳层。然而，现有技术中制备获得的表面包覆有钝化壳层的InP量子点，核壳结构难以适配，最终影响到量子效率，这限制了InP量子点的实际应用。因此，开发一种高量子效率和高稳定性的InP量子点合成方法，对于InP量子点的使用和发展具有重要意义。

技术实现思路

[0006]基于上述的不足，本申请提供了一种InP量子点及其制备方法，以部分或全部地改善、甚至解决相关技术中量子效率低和稳定性差的问题。
[0007]本申请是这样实现的：
[0008]在第一方面，本申请的示例提供了一种InP量子点的制备方法，包括：
[0009](1)将InP晶种和第一Zn
‑
In前驱物混合，然后进行第一次熟化，加入第一磷源后进行第二次熟化，得到第一反应物；其中，第一磷源与第一Zn
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In前驱物中的In的摩尔比为1:0.8～4；
[0010](2)将第一反应物与第二Zn
‑
In前驱物混合，然后进行第三次熟化，加入第二磷源后进行第四次熟化，得到第二反应物；其中，第二反应物中含有InP基合金量子点，第二磷源与所述第二Zn
‑
In前驱物中的In的摩尔比为1:0.8～4；
[0011]其中，第一Zn
‑
In前驱物中Zn的摩尔浓度小于第二Zn
‑
In前驱物中Zn的摩尔浓度；
[0012](3)将含有InP基合金量子点的反应物与Zn前驱物、Se前驱物和S前驱物混合并反
应，使得InP基合金量子点上包覆有ZnSe/ZnS壳层，以形成InP量子点。
[0013]在上述实现过程中，InP晶种的共价性较强，晶种表面缺陷较多，导致量子点效率低,为了提高InP量子点的量子效率和稳定性，需要在InP晶种表面包覆有效的钝化壳层ZnSe/ZnS。而InP晶种的晶格参数是5.93A，ZnSe和ZnS的晶格参数分别是5.66A和5.42A，直接在InP晶种表面包覆钝化壳层ZnSe/ZnS会存在晶格失配影响量子点效率的问题。因此，在InP晶种中注入第一Zn
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In前驱物和第一磷源，反应后再注入第二Zn
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In前驱物和第二磷源，且第一Zn
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In前驱物中Zn的摩尔浓度小于第二Zn
‑
In前驱物中Zn的摩尔浓度，以在InP晶种表面生长晶格参数减小的过渡层。且随着Zn的摩尔浓度的递增，过渡层的晶格参数递减，进而使得InP晶种的晶格参数缓慢下降以获得InP基合金量子点。然后再在晶格参数缓慢下降的InP基合金量子点的表面反应生成钝化壳层ZnSe/ZnS，进而避免了由于InP晶核与钝化壳层ZnSe/ZnS发生晶格失配，以提高InP量子点的效率和稳定性。
[0014]并且，在步骤(1)中按照摩尔比为1:0.8～4添加第一磷源和第一Zn
‑
In前驱物，且先注入第一Zn
‑
In前驱物，熟化后再注入第一磷源，以便于在熟化过程中使得第一Zn
‑
In前驱物中的阳离子能够与InP晶核表面的不饱和键和悬键发生键合形成稳定的富铟量子点。然后在熟化后注入合适比例的第一磷源，使得富铟量子点得到充分生长。若在富铟量子点体系中注入的第一磷源过少，量子点得不到充分生长，且会增加最终获得的量子点的铟含量，导致量子点光学性能不佳；若在富铟量子点体系中注入的第一磷源过多，量子点的生长会区域无序状态，降低量子点的均匀性。同理，在步骤(2)中，先在步骤(1)形成的反应物中注入第一Zn
‑
In前驱物，熟化后再注入第一磷源进行再次熟化，以促进合金量子点的均匀性生长。
[0015]结合第一方面，在本申请第一方面的第一种可能的实施方式中，步骤(2)之后和步骤(3)之前，还包括：
[0016]将第二反应物与第三Zn
‑
In前驱物混合，然后进行第五次熟化，加入第三磷源后进行第六次熟化，得到第三反应物；其中，第三反应物中含有InP基合金量子点，第三磷源与第三Zn
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In前驱物中的In的摩尔比为1:0.8～4；
[0017]第三Zn
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In前驱物中Zn的摩尔浓度大于第二Zn
‑
In前驱物中Zn的摩尔浓度。
[0018]在上述实现过程中，在步骤(2)获得的反应物中加入Zn的摩尔浓度更高的第三Zn
‑
In前驱物，进行熟化，以在步骤(2)获得的InP基合金量子点继续形成富铟量子点，以便于与后续加入的第三磷源反应，形成具有更低晶格参数的InP基合金量子点，进而进一步增加钝化壳层ZnSe/ZnS与InP基合金量子点的晶格匹配度，进一步提高的InP量子点的效率和稳定性。
[0019]结合第一方面，在本申请第一方面的第二种可能的实施方式中，步骤(1)中，将InP晶种升温至第一预设温度保温第一预设时间后，再加入第一Zn
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In前驱物；第一预设温度为210～260℃，第一预设时间为10～60min；
[0020]第一次熟化、第二次熟化、第三次熟化、第四次熟化、第五次熟化和第六次熟化的温度均选自210～280℃范围内的任意温度。
[0021]InP晶种原本的体系中可能会存在一些未反应的铟源，甚至存在一些未反应的阴离子源，这都会对量子点后续的生长产生不利影响。因此，在上述实现过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种InP量子点的制备方法，其特征在于，包括：(1)将InP晶种和第一Zn
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In前驱物混合，然后进行第一次熟化，加入第一磷源后进行第二次熟化，得到第一反应物；其中，所述第一磷源与所述第一Zn
‑
In前驱物中的In的摩尔比为1:0.8～4；(2)将所述第一反应物与第二Zn
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In前驱物混合，然后进行第三次熟化，加入第二磷源后进行第四次熟化，得到第二反应物；其中，所述第二反应物中含有InP基合金量子点，所述第二磷源与所述第二Zn
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In前驱物中的In的摩尔比为1:0.8～4；其中，所述第一Zn
‑
In前驱物中Zn的摩尔浓度小于所述第二Zn
‑
In前驱物中Zn的摩尔浓度；(3)将含有所述InP基合金量子点的反应物与Zn前驱物、Se前驱物和S前驱物混合并反应，使得所述InP基合金量子点上包覆有ZnSe/ZnS壳层，以形成InP量子点。2.根据权利要求1所述的InP量子点的制备方法，其特征在于，所述(2)之后，所述(3)之前，还包括：将所述第二反应物与第三Zn
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In前驱物混合，然后进行第五次熟化，加入第三磷源后进行第六次熟化，得到第三反应物；其中，所述第三反应物中含有InP基合金量子点，所述第三磷源与所述第三Zn
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In前驱物中的In的摩尔比为1:0.8～4；所述第三Zn
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In前驱物中Zn的摩尔浓度大于所述第二Zn
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In前驱物中Zn的摩尔浓度。3.根据权利要求2所述的InP量子点的制备方法，其特征在于，所述(1)中，将所述InP晶种升温至第一预设温度保温第一预设时间后，再加入所述第一Zn
‑
In前驱物；所述第一预设温度为210～260℃，所述第一预设时间为10～60min；所述第一次熟化、所述第二次熟化、所述第三次熟化、所述第四次熟化、所述第五次熟化和所述第六次熟化的温度均选自210～280℃范围内的任意温度。4.根据权利要求3所述的InP量子点的制备方法，其特征在于，所述InP晶种的制备方法包括：阳离子前驱物的制备：在惰性气氛下，将按照摩尔比为1：0.5～8配置的第一铟源和第一配体升温至第二预设温度保温第二预设时间；所述第二预设温度为120～260℃，所述第二预设时间为30～180min；优选地，所述第一铟源：所述第一配体的摩尔比为1：2；晶种的制备：在惰性气氛下，将第四磷源、第二配体与所述阳离子前驱物的混合物在第三预设温度下保温第三预设时间，然后升温至第四预设温度获得所述InP晶种；其中，所述第四磷源与所述阳离子前驱物中In的摩尔比为1：1～5，所述阳离子前驱物中的In与所述第二配体的摩尔比为1：0.8～8；优选地，所述第四磷源：所述阳离子前驱物中In的摩尔比为1：2；优选地，所述阳离子前驱物中的In：所述第二配体的摩尔比为1：2；所述第三预设温度为30～250℃，所述第三预设时间为5min，所述第四预设温度为230℃。5.根据权利要求4所述的InP量子点的制备方法，其特征在于，所述第一Zn
‑
In前驱物的
制备方法包括：在惰性气氛下，将第二铟源、锌源、第三配体和非配位性溶剂的混合物升温至所述第二预设温度保温所述第二预设时间，所述第二铟源和所述第三配体的摩尔比...

【专利技术属性】
技术研发人员：程陆玲，丁云，汪鹏生，龚克，
申请(专利权)人：合肥福纳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：