CN101585518A - 一种快速合成硒化锡量子点粉末的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速合成硒化锡量子点粉末的方法，属纳米无机化合物半导体材料制造工艺技术领域。以二水合氯化亚锡和亚硒酸钠为原料，十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，在氢氧化钠碱性溶液中，利用电子束辐照的方式合成了锡化硒量子点，产物经分离，得到了硒化锡纳米粉末。本发明所制备的硒化锡量子点具有极好的水溶性，颗粒状，单分散性好，大小均一，平均粒径为2.5nm，并具有良好的光电性能。

Description

一种快速合成硒化锡量子点粉末的方法

技术领域

本发明涉及一种采用电子束辐照快速合成硒化锡量子点粉末的方法，属纳米无机化合物半导体材料制造工艺技术领域。

背景技术

纳米材料是现今研究的热点，位于科技前沿领域，其应用也遍布各行各业。位于IV-VI组分的半导体纳米材料由于其独特的光电化学性质，应用广泛，因此成为近年来研究的热点。SnSe为IV-VI组分的半导体，具有优越的电学、光学性质，广泛应用于红外光电仪器和记忆切换开关、热电冷却材料、滤光片、光学刻录材料、太阳能电池材料、超离子材料、传感器和激光材料、全息图的固相介质等。

由于纳米材料具有量子尺寸效应，因此形貌和尺寸的改变会引起其各种性质的变化，以适用于不同的应用要求。纳米材料按维数分类，可分为零维、一维、二维、三维。零维材料是在原来体材料的三维上都极小化，通常也把零维的纳米材料也称为量子点(QuantumdotsQDs)。尽管目前有人把所有的纳米粒子(1-100nm)也称为量子点，但从严格意义上来说，量子点必须至少有一维的尺度显示出量子限域效应，所以严格的量子点定义为：颗粒尺寸为1-10nm的纳米粒子。

已报道的制备SnSe的方法有溶剂热法、刷镀技术、化学蒸发转移法、电化学沉积法。但有工艺复杂，制备时间长，需要高温高压，所用原料有毒等缺点。用电子束辐照技术制备纳米材料是一种新颖的方法，其制备过程简单、快速，所需原料低毒易得，产物性能良好，是一种绿色高效的合成方法。其制备方法-辐照技术若在制备半导体纳米晶得到广泛应用，将简化工艺流程，提高生产效率，产生巨大的经济效益。

合成产物为单分散好、平均粒径为2.5nm，禁带宽度为1.9ev的SnSe水溶性量子点，目前并无关于SnSe量子点合成方法的报导。且产物具有良好的光学性质，在电池电极材料方面也有极大的潜在应用价值，还可应用于红外光电仪器和记忆切换开关、热电冷却材料、滤光片、光学刻录材料、太阳能电池材料、超离子材料、传感器和激光材料、全息图的固相介质等。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速合成硒化锡量子点粉末的方法。

本发明采用下述的技术方案来实现。

一种快速合成硒化锡量子点粉末的方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.首先，用电子天平称取一定量的二水合氯化亚锡溶于蒸馏水中，然后加入过量的氢氧化钠固体，搅拌混合至溶液澄清；再加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂，表面活性剂与锡离子的摩尔浓度比为4∶1～8∶1，充分混合；接着加入亚硒酸钠，使硒原子与锡原子的摩尔浓度比为1∶1～1∶2，搅拌混合制成无色透明的溶胶，再加入异丙醇作为氧化性自由基OH·清除剂，其加入量为6～10ml/100ml，再将溶液充分搅拌混匀；

b.将上述盛有配制好的混合溶液的密封容器放置于2.5MeV、6～7mA的电子加速器产生的电子束辐照下进行辐照反应，其辐照剂量为14～42Mrad，辐照反应时间为7～21分钟；

c.然后将辐照后的产物旋蒸浓缩，透析除去有机物，再用高速离心机离心分离，分离后的固体再用乙醇洗涤多次，以去除其中未反应的离子；

d.将上述固体放在真空干燥箱中干燥，温度为60～80℃，烘干时间为7～12小时，最终得到白色的纳米硒化锡粉末，即为硒化镉量子点粉末。

本发明通过使用电子加速器产生的电子束作为辐射源来制备纳米硫化镉，在辐射合成过程中无污染，且能快速制备出单分散性好、大小均一、具有明显量子尺寸效应的锡化硒量子点。本发明方法工艺简单，无任何中间产物，操作方便，可以实现工业化生产。利用本发明方法制备出的硒化锡量子点可用于制造电池材料。

本发明的制备过程中，加入过量的氢氧化钠，是为了防止锡离子水解，将氢氧化钠作为配合剂，与锡离子发生配位反应。CTAB作为表面活性剂，紧紧包裹在粒子表面，使颗粒表面全部为亲水性基团-氨基，不但可以控制粒子成核的生长，防止粒子团聚，而且生成的硒化锡颗粒具有极好的水溶性。加入异丙醇的作用是清除OH·氧化性自由基。电子束辐照法的辐照过程快速，有利于抑制颗粒成核后进一步长大，所以可制备出普通方法无法实现的超小的硒化锡颗粒。

本发明方法的优点是：可以在常温常压下不使用任何催化剂就能进行操作，且制备过程只需十几分钟的时间，非常快速简单；另外，由于电子束由电子加速器产生、电子加速器关闭、电子束立即消失，故安全性好，无污染，有利于环保。

附图说明

图1为SnSe粉末的XRD图谱，图中横坐标为角度单位(°)，从图中可看出产物为SnSe。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1

本发明的具体制备步骤如下：

a.首先，用电子天平称取一定量的二水合氯化亚锡溶于蒸馏水中，然后加入过量的氢氧化钠固体，搅拌混合至溶液澄清；再加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂，与锡离子的摩尔浓度比为6∶1，充分混合；接着加入亚硒酸钠，使硒原子与锡原子的摩尔浓度比为1∶1，搅拌混合制成无色透明的溶胶，再加入异丙醇作为氧化性自由基OH·清除剂，其加入量为6ml/100ml，再将溶液充分搅拌混匀。

b.将上述盛有配制好的混合溶液的密封容器放置于2.5MeV、7mA的电子加速器产生的电子束辐照下进行辐照处理，其辐照剂量分别为14、28、42Mrad，辐照反应时间分别为10、20、30分钟，这几种条件最终所得粉末的性能差不多；

c.然后将辐照后的产物旋蒸浓缩，透析除去有机物，再用高速离心机离心分离，分离后的固体再用乙醇洗涤多次，以去除其中未反应的离子；

d.将反应生成物放在真空干燥箱中干燥，温度为70℃，烘干时间为12小时，最终得到白色的纳米硒化锡粉末，即为硒化镉量子点粉末。

上述实施例中所制得的样品，用仪器进行各项特性测试，其测试情况及其结果如下：

1、用X射线衍射分析(XRD)，从衍射峰值可以确定所制备的白色粉末为纳米硒化锡。

2、利用透射电子显微镜(TEM)，高倍透射电子显微镜(HRTEM)对颗粒的形貌及大小进行观察，可见到所制备的纳米硒化锡为颗粒状，单分散性好，无团聚现象，其平均粒度为2.5nm。

3、通过紫外可见分光光度计测试材料的光学性能，所制备的纳米硒化锡禁带宽度为1.9eV，相对块状材料(0.9eV)发生了明显蓝移，显示了纳米半导体材料的量子尺寸效应。

4、通过荧光分光光度计分析仪测试样品的光学性能，所制备的纳米硒化锡的发射峰所在的波长为420nm，相对块体材料其发射峰发射明显蓝移，移到了紫光波段，这也与产物发射蓝紫光的现象一致。

Claims (1)

1.一种快速合成硒化锡量子点粉末的方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.首先，用电子天平称取一定量的二水合氯化亚锡溶于蒸馏水中，然后加入过量的氢氧化钠固体，搅拌混合至溶液澄清；再加入十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂，表面活性剂与锡离子的摩尔浓度比为4∶1～8∶1，充分混合；接着加入亚硒酸钠，使硒原子与锡原子的摩尔浓度比为1∶1～1∶2，搅拌混合制成无色透明的溶胶，再加入异丙醇作为氧化性自由基OH·清除剂，其加入量为6～10ml/100ml，再将溶液充分搅拌混匀；

b.将上述盛有配制好的混合溶液的密封容器放置于2.5MeV、6～7mA的电子加速器产生的电子束辐照下进行辐照反应，其辐照剂量为14～42Mrad，辐照反应时间为7～21分钟；

c.然后将辐照后的产物旋蒸浓缩，透析除去有机物，再用高速离心机离心分离，分离后的固体再用乙醇洗涤多次，以去除其中未反应的离子；

d.将上述固体放在真空干燥箱中干燥，温度为60～80℃，烘干时间为7～12小时，最终得到白色的纳米硒化锡粉末，即为硒化镉量子点粉末。