专利名称：一种发光可调的无配体硫化镉半导体量子点及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种硫化镉量子点的制备方法，更具体地说涉及一种发光可调的无配体硫化镉半导体量子点及其制备方法，属于半导体荧光材料技术领域。
背景技术：
半导体量子点通常指半径小于或接近于其波尔激子半径的纳米颗粒。由于其具有量子尺寸效应，使得人们可以控制一定反应条件而制备不同尺寸的纳米粒子，产生不同频率的光发射，从而达到发光可调的目的。另外，由于其纳米尺度的特点，使得纳米半导体材料易于同有机高分子、小分子和无机荧光粉复合制备发光器件，硫化镉半导体量子点在光电转换以及LED照明等领域中有着十分诱人的应用前景。到目前为止，可以采用多种方法合成硫化镉半导体量子点，其中主要包括金属有机法(J.Am. Chem. Soc. 1993，115，8706 ；J. Am. Chem. Soc. 1997，119，7019)和它的改进方法(J. Am. Chem. Soc. 2001，123，183)。此外，还有前驱体高温热分解法、模板法等。以上方法的合成条件苛刻，反应温度较高，约在200°C以上，需要有机配体的修饰，原料价格昂贵，不易大规模制备，在制备有机/无机纳米杂化发光材料的过程中容易产生相分离，这是无机材料与有机材料的结构差异性导致的，从而影响了硫化镉半导体量子点的进一步应用。因此，开发一种简单、高效、价格低廉的量子点的制备方法，以降低无机纳米晶体与有机材料的边界效应，使这两种材料有效结合，拓宽其应用，已成为该领域的一大挑战。
发明内容
本发明的目的是提供一种发光可调的无配体硫化镉半导体量子点，此量子点不需要任何有机分子作为配体，发光波长可随合成条件精确调节，且稳定性好，可以有效地与有机材料杂化，克服杂化过程中的相分离现象。本发明的另一目的是提供该发光可调的无配体硫化镉半导体量子点的制备方法，以克服现有硫化镉量子点制备技术中条件苛刻、在制备有机/无机纳米杂化发光材料的过程中容易产生相分离及不易放大生产等问题，本合成方法无需惰性气体保护、且制备的量子点荧光稳定性好，为其大规模制备提供了一条途径。本发明是通过以下技术方案实现的本发明的发光可调的无配体硫化镉半导体量子点，其选择醋酸镉为镉源，硫脲或硫化钠为硫源，以N’N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙醇、甲醇、乙二醇或二甲基亚砜(DMSO)为溶齐IJ，在无任何有机分子作包覆剂条件下合成的。本发明的无配体硫化镉半导体量子点的制备方法，其包括以下步骤a、将硫源充分溶解在水中；b、将镉盐加入有机溶剂中，磁力搅拌，待充分溶解后得到镉源，然后将硫源逐滴滴加到铺源中；、
C、将上述前驱体混合溶液转移到反应釜中进行反应，得到含有无配体的硫化镉半导体量子点的黄色透明溶胶，所得溶胶通过离心除去沉淀，对上清液进行分离，收集滤过液，干燥后得到该硫化镉量子点本发明的制备方法中，其所述的硫源优选硫脲或硫化钠。本发明的制备方法中，其进一步的技术方案是所述的镉源与硫源的摩尔比为I : I 10 : 1，镉溶液中镉离子的摩尔浓度为O. 02 I. 0M。本发明的制备方法中，其进一步的技术方案还可以是步骤c中所述的反应环境是在聚四氟乙烯衬底的合金钢水热釜中进行的，反应温度为90°C 120°C，反应时间为O 10小时，优选O. 5 10小时,通过控制反应时间来控制粒子的尺寸，当反应时间越长，纳米粒子的粒径越大。与现有技术相比本发明具有以下有益效果及特点I、制备的原料易得、成本低廉；2、此类量子点不需要任何有机分子作为配体，可以有效地与有机材料杂化，克服了杂化过程中的相分离现象；3、本合成方法无需惰性气体保护、发射波长随合成条件精确可调，且制备的量子点稳定性好；4、本发明整个材料的制备过程具有反应条件温和，方法简便易行的特点，且制备周期短，因而易于实现大规模制备。5、本发明制备的荧光硫化镉半导体量子点可以作为荧光体有效地应用在发光器件中。
图I为本发明实施例I 5中硫化镉半导体量子点的荧光光谱。图2为本发明实施例6 8中硫化镉半导体量子点的紫外吸收光谱图。图3为本发明实施例6 8中硫化镉半导体量子点的荧光光谱图。图4为本发明实施例5中硫化镉半导体量子点的透射电镜图。图5为本发明实施例5中硫化镉半导体量子点的高分辨透射电镜图。图6为本发明实施例6 (线a)和实施例8 (线b)中硫化镉半导体量子点的X射线粉末衍射图。
具体实施例方式以下通过具体实施例说明本发明，但本发明并不仅仅限定于这些实施例。实施例I称取O. 005g的硫化钠，用少量去离子水充分溶解。称取O. 053g醋酸镉加入到SOmLN, N-二甲基甲酰胺(DMF)中，磁力搅拌，待充分溶解后，然后将硫源逐滴滴加到镉源中；将上述前驱体混合溶液转移到IOOmL聚四氟乙烯衬底的合金钢水热釜中，放入烘箱中90°C下进行溶剂热反应O小时，得到含有无配体包裹的硫化镉半导体量子点的黄色透明溶胶，该溶胶具有典型的激子吸收峰，在紫外灯下呈较弱的淡黄色。所得溶液通过离心除去沉淀，对上清液进行分离，收集滤过液，干燥后得到该硫化镉半导体量子点粉末。
实施例2称取O. 005g的硫化钠，用少量去离子水充分溶解。称取0.053g醋酸镉加入到SOmLN, N-二甲基甲酰胺(DMF)中，磁力搅拌，待充分溶解后，然后将硫源逐滴滴加到镉源中；将上述前驱体混合溶液转移到IOOmL聚四氟乙烯衬底的合金钢水热釜中，放入烘箱中90°C下进行溶剂热反应O. 5小时，得到含有无配体包裹的硫化镉半导体量子点的黄色透明溶胶，该溶胶具有典型的激子吸收峰，在紫外灯下呈较强的黄光。所得溶液通过离心除去沉淀，对上清液进行分离，收集滤过液，干燥后得到该硫化镉半导体量子点粉末。实施例3称取O. 005g的硫化钠，用少量去离子水充分溶解。称取0.053g醋酸镉加入到 SOmLN, N-二甲基甲酰胺(DMF)中，磁力搅拌，待充分溶解后，然后将硫源逐滴滴加到镉源中；将上述前驱体混合溶液转移到IOOmL聚四氟乙烯衬底的合金钢水热釜中，放入烘箱中90°C下进行溶剂热反应2小时，得到含有无配体包裹的硫化镉半导体量子点的黄色透明溶胶，该溶胶具有典型的激子吸收峰，在紫外灯下呈较强的橙黄色。所得溶液通过离心除去沉淀，对上清液进行分离，收集滤过液，干燥后得到该硫化镉半导体量子点粉末。实施例4称取O. 005g的硫化钠，用少量去离子水充分溶解。称取0.053g醋酸镉加入到SOmLN, N-二甲基甲酰胺(DMF)中，磁力搅拌，待充分溶解后，然后将硫源逐滴滴加到镉源中；将上述前驱体混合溶液转移到IOOmL聚四氟乙烯衬底的合金钢水热釜中，放入烘箱中90°C下进行溶剂热反应6小时，得到含有无配体包裹的硫化镉半导体量子点的黄色透明溶胶，该溶胶具有典型的激子吸收峰，在紫外灯下呈较强的橙红色。所得溶液通过离心除去沉淀，对上清液进行分离，收集滤过液，干燥后得到该硫化镉半导体量子点粉末。实施例5称取O. 005g的硫化钠，用少量去离子水充分溶解。称取0.053g醋酸镉加入到SOmLN, N-二甲基甲酰胺(DMF)中，磁力搅拌，待充分溶解后，然后将硫源逐滴滴加到镉源中；将上述前驱体混合溶液转移到IOOmL聚四氟乙烯衬底的合金钢水热釜中，放入烘箱中90°C下进行溶剂热反应10小时，得到含有无配体包裹的硫化镉半导体量子点的黄色透明溶胶，该溶胶具有典型的激子吸收峰，在紫外灯下呈很强的红光。所得溶液通过离心除去沉淀，对上清液进行分离，收集滤过液，干燥后得到该硫化镉半导体量子点粉末。实施例6称取O. 005g的硫化钠，用少量去离子水充分溶解。称取O. 053g醋酸镉加入到SOmLN, N-二甲基甲酰胺(DMF)中，磁力搅拌，待充分溶解后，然后将硫源逐滴滴加到镉源中；将上述前驱体混合溶液转移到IOOmL聚四氟乙烯衬底的合金钢水热釜中，放入烘箱中90°C下进行溶剂热反应5小时，得到含有无配体包裹的硫化镉半导体量子点的黄色透明溶胶，该溶胶具有典型的激子吸收峰，在紫外灯下呈较强的红光。所得溶液通过离心除去沉淀，对上清液进行分离，收集滤过液，干燥后得到该硫化镉半导体量子点粉末。实施例7称取O. 005g的硫化钠，用少量去离子水充分溶解。称取O. 053g醋酸镉加入到SOmLN, N-二甲基甲酰胺(DMF)中，磁力搅拌，待充分溶解后，然后将硫源逐滴滴加到镉源中；将上述前驱体混合溶液转移到IOOmL聚四氟乙烯衬底的合金钢水热釜中，放入烘箱中100°C下进行溶剂热反应5小时，得到含有无配体包裹的硫化镉半导体量子点的黄色透明溶胶，该溶胶具有典型的激子吸收峰，在紫外灯下呈较强的红光。所得溶液通过离心除去沉淀，对上清液进行分离，收集滤过液，干燥后得到该硫化镉半导体量子点粉末。实施例8称取O. 005g的硫化钠，用少量去离子水充分溶解。称取O. 053g醋酸镉加入到SOmLN, N-二甲基 甲酰胺(DMF)中，磁力搅拌，待充分溶解后，然后将硫源逐滴滴加到镉源中；将上述前驱体混合溶液转移到IOOmL聚四氟乙烯衬底的合金钢水热釜中，放入烘箱中120°C下进行溶剂热反应5小时，得到含有无配体包裹的硫化镉半导体量子点的黄色透明溶胶，该溶胶具有典型的激子吸收峰，在紫外灯下呈较强的深红色。所得溶液通过离心除去沉淀，对上清液进行分离，收集滤过液，干燥后得到该硫化镉半导体量子点粉末。
权利要求
1.一种发光可调的无配体硫化镉半导体量子点，其特征在于选择醋酸镉为镉源，硫脲或硫化钠为硫源，以N’ N- 二甲基甲酰胺、乙醇、甲醇、乙二醇或二甲基亚砜为溶剂，在无任何有机分子作包覆剂条件下合成的。
2.根据权利要求I所述的无配体硫化镉半导体量子点的制备方法，其特征在于包括以下步骤 a、将硫源充分溶解在水中； b、将镉盐加入有机溶剂中，磁力搅拌，待充分溶解后得到镉源，然后将硫源逐滴滴加到铺源中； C、将上述前驱体混合溶液转移到反应釜中进行反应，得到含有无配体的硫化镉半导体量子点的黄色透明溶胶，所得溶胶通过离心除去沉淀，对上清液进行分离，收集滤过液，干燥后得到该硫化镉量子点。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的硫源硫脲或硫化钠。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的镉源与硫源的摩尔比为I : I 10 : 1，镉溶液中镉离子的摩尔浓度为O. 02 I. 0M。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤c中所述的反应环境是在聚四氟乙烯衬底的合金钢水热釜中进行的，反应温度为90°C 120°C，反应时间为O 10小时。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述的反应时间为O.5 10小时。
全文摘要
本发明公开了一种发光可调无配体硫化镉量子点的制备方法，该量子点不需要任何有机分子作为配体，发光波长可随合成条件精确调节，且稳定性好，可以有效地与有机材料杂化，克服杂化过程中的相分离现象。本发明的发光可调无配体硫化镉半导体量子点，其选择醋酸镉、丙烯酸镉或硬脂酸镉为镉源，硫脲或硫化钠为硫源，在有机溶剂中、在无任何有机分子作包覆剂条件下制备发光可调无配体硫化镉半导体量子点。
文档编号C09K11/56GK102634336SQ20121010748
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月13日 优先权日2012年4月13日
发明者余子夷, 周进, 张强, 陈捷, 陈苏 申请人:南京工业大学