本发明专利技术公开了一种具有纳米立方体结构的PN结ZnS/Cu2Se/ZnS量子阱光电材料及其制备方法，在立方形ZnS种子的基础上，通过热注入法和两步法合成ZnS/Cu2Se/ZnS立方体量子阱结构，最终形成的是由ZnS核和外壳包覆Cu2Se中间层的立方体结构。通过制备有机前驱体、热注入法、高温合成与退火、纯化等工艺，制备出立方体结构ZnS/Cu2Se/ZnS量子阱材料。本发明专利技术运用热注入法和两步法制备具有立方体结构ZnS/Cu2Se/ZnS量子阱材料，实施简易，便于控制，该材料在能带上具有Ⅰ型结构，所以拥有高的量子效率、良好的光学特性、结构稳定性，在量子点的照明、显示等材料领域有巨大的应用潜力。示等材料领域有巨大的应用潜力。示等材料领域有巨大的应用潜力。
【技术实现步骤摘要】
具有纳米立方体结构的PN结ZnS/Cu2Se/ZnS量子阱光电材料及其制备方法
[0001]本专利技术属于材料科学领域，具体涉及一种具有纳米立方体结构的PN结ZnS/Cu2Se/ZnS量子阱光电材料及其制备方法。
技术介绍
[0002]量子点是一种三维尺度都在1~20nm范围内的准零维材料，可以通过调控量子点的生长时间、反应温度、配体来控制量子点的尺寸、形状和激发波长。硒化亚铜量子点属于一种P型半导体纳米材料，因其具有六方晶相的硒化亚铜在室温下是稳定的，且直接带隙在2.1
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2.39ev，故其在太阳能电池、光电探测器、QLED等方面具有优异的性能和广泛的应用。由于具有较好的稳定性和较低的毒性和成本，被认为是一种最有潜力的量子点显示材料之一，并被广泛研究。
[0003]但是，硒化亚铜材料的研究目前主流依旧停留在宏观体相材料的程度，只有很少数研究涉及该材料的纳米尺度，且报导的硒化铜量子点的量子产率较低低、且粒径大小不均。为了提高硒化亚铜量子点材料的光电性能，人们一直在寻求如何钝化缺陷，减小量子点壳层之间晶格失配并进一步提高其光学性能的研究。
[0004]有研究表明严格控制量子点合成过程中的温度和外壳厚度可以大大地减小其晶格失配和钝化表面缺陷，还有部分研究在硒化亚铜量子点中加入其他材料形成复合材料以调节能带结构，从而提高其光学性能。（CN103803511A）中提供了一种硒化铜荧光量子点及其制备方法和应用：以溶有铜盐的水溶液为水相，溶有长链配体的有机溶剂为油相，水油两相结合的合成方法。（CN114533868A）提供了一种金复合硒化铜纳米粒子及其制备方法和应用：金原位生长于硒化亚铜外周，形成致密的核壳结构，改善了生物相容性和光热性能。（CN107265411A）提供了一种制备不同粒径的硒化铜( Cu2‑
xSe )纳米颗粒的方法：用抗坏血酸还原剂作为配体，通过调整抗坏血酸和铜源的浓度，有效制备不同粒径的硒化铜量子点。（CN105531804A）提供了一种用于制备硒化铜纳米粒子的方法：使用硒醇作为硒源，提高了量子点的稳定性。他们的方法虽然在一定程度上提高了硒化亚铜量子点的性能，但在核壳结构和材料成份方面灵活度不太高。因此通过人为设计核壳结构和材料成份来有效发挥核壳结构材料中各成份在量子点受到能量激发过程中的协同作用，从而实现硫化铅材料整体性能提高等都有待进一步研究。
[0005]综上所述，大部分文献或专利中提到的硒化亚铜量子点材料在理论上都不能有效地消除由于核壳结构带来的晶格失配和表面缺陷，且存在重金属，容易对环境带来危害，从而影响硒化亚铜量子点材料在显示技术方面的应用。与此同时目前专利中硒化亚铜量子点核壳结构比较单一，因而制备出来的硒化亚铜量子点因结构简单、核壳材料能级不匹配，对于提高其光学性能作用有限。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种具有纳米立方体结构的PN结ZnS/Cu2Se/ZnS量子阱光电材料及其制备方法，在立方形ZnS种子的基础上，通过热注入法和两步法合成ZnS/Cu2Se/ZnS立方体量子阱结构，最终形成的是由ZnS核和外壳包覆Cu2Se中间层的立方体结构。通过制备有机前驱体、热注入法、高温合成与退火、纯化等工艺，制备出立方体结构ZnS/Cu2Se/ZnS量子阱材料。本专利技术运用热注入法和两步法制备具有立方体结构ZnS/Cu2Se/ZnS量子阱材料，实施简易，便于控制，该材料在能带上具有Ⅰ型结构，所以拥有高的量子效率、良好的光学特性、结构稳定性，在量子点的照明、显示等材料领域有巨大的应用潜力。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种立方体结构ZnS/Cu2Se/ZnS量子阱材料，在立方形ZnS种子的基础上，通过热注入法和两步法合成ZnS/Cu2Se/ZnS立方体量子阱结构，最终形成的是由ZnS核和外壳包覆Cu2Se中间层的立方体结构。在能带上其具有深阱结构，电子和空穴被强烈限制在Cu2Se中间层，能够显著增加该材料的发光效率。
[0007]一种具有纳米立方体结构的PN结ZnS/Cu2Se/ZnS量子阱光电材料的制备方法包括以下步骤：（1）将硫和硒分别溶解在三辛基膦TOP中，在120℃惰性气氛下反应5h，得到TOP
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S和TOP
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Se；将摩尔比为1：2的醋酸锌和油酸溶解在三辛胺TOA中，在280℃惰性气氛下反应1h，得到油酸锌；（2）将二水合氯化铜、硬脂酸钠分别溶解在去离子水中，将硬脂酸钠溶液搅拌加热，然后加入氯化铜溶液，反应一段时间后获得蓝色沉淀，沉淀硬脂酸铜用甲醇和去离子水洗涤，然后溶解在己烷中，己烷挥发后得到蓝色的硬脂酸铜粉末；将醋酸锌、步骤（1）中得到的TOP
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S和二苯基膦DPP 在惰性气氛中混合溶解，获得锌、硫前驱体的混合溶液；（3）将油酸、油胺、TOP混合后加热到120℃并且抽真空15min，然后将混合溶液在惰性气氛下加热到一定温度，将步骤（2）中得到的锌、硫前驱体的混合溶液快速注入，升高温度后反应一段时间然后冷却到室温，得到的硫化锌核使用乙醇沉淀离心并分散在己烷中；（4）在反应器皿中加入醋酸锌、油酸和TOA，加热到120℃并抽真空15min去除多余的水汽，然后将混合溶液在惰性气氛中加热到一定温度反应一段时间，然后冷却到220℃，加入步骤（3）中得到的硫化锌核溶液，并升高温度；将步骤（2）中的硬脂酸铜粉末和1
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十八烯在110℃下溶解，然后加入步骤（1）中的TOP
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Se，将此混合溶液注射到前述的反应器皿中，并保持温度反应一段时间，这时获得了硫化锌/硒化亚铜材料；然后再注入步骤（1）中的油酸锌和TOP
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S，并保持温度反应一段时间，就获得了立方体硫化锌/硒化亚铜/硫化锌量子阱溶液，将此溶液用乙醇沉淀离心，最后分散在己烷中。
[0008]进一步的，步骤（1）中所述的硒、硫、TOP、TOA的用量分别为2mol、2mol、1000mL，100mL，醋酸锌和油酸的用量分别为20
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40mmol，40
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80mmol。
[0009]进一步的，步骤（2）中所述的二水合氯化铜、硬脂酸钠的用量分别为10mmol、20mmol；硬脂酸钠溶液加热到100℃后加入氯化铜溶液，并且反应3h；醋酸锌、TOP
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S和DPP的用量分别为12mmol，6ml，12mmol。
[0010]进一步的，步骤（3）中所述的油酸、油胺、TOP的用量分别为18mmol,12mmol,400mL；在惰性气氛下的反应温度在250
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270℃，反应时间为50
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80min；且将温度降低到240℃时快
速注入锌、硫前驱体的混合溶液，然后将温度升高到290
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320℃反应40
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60min。
[0011]进一步的，步骤（4）中所述的醋酸锌、油酸、TOA的用量分别为24mmol、24mmol、400mL，在惰性气氛下的反应温本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有纳米立方体结构的PN结ZnS/Cu2Se/ZnS量子阱光电材料的制备方法，其特征在于：在立方体ZnS种子的基础上，通过热注入法和两步法合成ZnS/Cu2Se/ZnS立方体量子阱结构，最终形成的是由ZnS核和外壳包覆Cu2Se中间层的立方体结构，在能带上其具有深阱结构，电子和空穴被强烈限制在Cu2Se中间层，能够显著增加该材料的发光效率。2.如权利要求1所述的一种具有纳米立方体结构的PN结ZnS/Cu2Se/ZnS量子阱光电材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：（1）将硫和硒分别溶解在三辛基膦TOP中，在120℃惰性气氛下反应5h，得到TOP
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S和TOP
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Se；将摩尔比为1：2的醋酸锌和油酸溶解在三辛胺TOA中，在280℃惰性气氛下反应1h，得到油酸锌；（2）将二水合氯化铜、硬脂酸钠分别溶解在去离子水中，将硬脂酸钠溶液搅拌加热，然后加入氯化铜溶液，反应一段时间后获得蓝色沉淀，沉淀硬脂酸铜用甲醇和去离子水洗涤，然后溶解在己烷中，己烷挥发后得到蓝色的硬脂酸铜粉末；将醋酸锌、步骤（1）中得到的TOP
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S和二苯基膦DPP 在惰性气氛中混合溶解，获得锌、硫前驱体的混合溶液；（3）将油酸、油胺、TOP混合后加热到120℃并且抽真空15min，然后将混合溶液在惰性气氛下加热到一定温度，将步骤（2）中得到的锌、硫前驱体的混合溶液快速注入，升高温度后反应一段时间然后冷却到室温，得到的硫化锌核使用乙醇沉淀离心并分散在己烷中；（4）在反应器皿中加入醋酸锌、油酸和TOA，加热到120℃并抽真空15min去除多余的水汽，然后将混合溶液在惰性气氛中加热到一定温度反应一段时间，然后冷却到220℃，加入步骤（3）中得到的硫化锌核溶液，并升高温度；将步骤（2）中的硬脂酸铜粉末和1
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十八烯在110℃下溶解，然后加入步骤（1）中的TOP
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Se，将此混合溶液注射到前述的反应器皿中，并保持温度反应一段时间，这时获得了硫化锌/硒化亚铜材料；然后再注入步骤（1）中的油酸锌和TOP
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S，并保持温度反应一段时间，就获得了立方体硫化锌/硒化亚铜/硫化锌量子阱溶液，将此溶液用乙醇沉淀离心，最后分散在己烷中。3.根据权利要求2所述的一种具有纳米立方体结构的PN结ZnS/Cu2Se/ZnS量子阱光电材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的硒、硫、TOP、TOA的用量分别为2mol、2mol、1000mL，100mL，醋酸锌和油酸的用量分别为20
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨尊先，郭太良，蓝倩婷，王嘉祥，陈烨，张辉，张永爱，周雄图，吴朝兴，李福山，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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