CN102381689B

CN102381689B - 一种高单分散性碲化镉纳米晶体的合成方法

Info

Publication number: CN102381689B
Application number: CN 201110334471
Authority: CN
Inventors: 韩树民; 王继东; 翟继祖
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2011-10-30
Filing date: 2011-10-30
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2031-10-30
Also published as: CN102381689A

Abstract

一种高单分散性碲化镉纳米晶体的合成方法，其主要将摩尔比为6～8:8:1:0.02～0.2：0.01的二水合醋酸镉、硬脂酸、碲粉、三辛基膦、十八烯在常温下装入带有冷凝管的三颈瓶中，在-1×10⁴Pa以下的真空条件下，搅拌并加热到80～120℃，并保持该温度1～2小时。然后，通入氮气至10⁴～10⁵Pa，在氮气保护下继续搅拌和加热，生长温度升至220℃，升温速率为5～10℃∕min。本发明克服了现有的碲化镉纳米晶体合成技术中必须预先合成碲前驱体的缺点，简化了合成路径，通过调节生长温度，达到控制碲化镉纳米晶体粒径的目的，合成方法简单，CdTe纳米晶体的单分散性高，重复性好，易于工业化生产。

Description

一种高单分散性碲化镉纳米晶体的合成方法

技术领域

本发明属于胶体半导体纳米晶体合成方法技术领域，特别涉及一种简单、适合工业化的超稳定半导体纳米晶体的合成和生长控制方法。

背景技术

半导体胶体纳米晶，由于其尺寸效应而具有的独特的光学性质和电子特征而被广泛应用于光电二极管、太阳能电池等基础研究和应用领域。合成单尺寸分布、高稳定性的高质量纳米晶成为胶体化学、凝聚态物理、界面科学、生物医学等多学科科研工作者的研究热点和难点。高单分散性纳米晶也称为幻族尺寸纳米晶，译为Magic-sized Nanocrystals（MSNs），因其尺寸大小可以精确到原子尺度并且具有类似分子的团簇结构和确定的原子数，而受到广大科研工作者的关注。近年来，国内外大量的研究小组发展了多种方法成功合成这种具有特殊性质的半导体材料，对它们的结构和性质也有了更深入的了解。

Viktor Chikan 等采用“热注入法”合成了CdTe MSNs，并观察到该纳米晶体在较高温度（高于200 ℃）量子化生长。该方法中，氧化镉与正己基磷酸加热到300 ℃形成镉的前驱体，然后在十六胺和正己基磷酸共同存在下于240 ℃ 注入碲的前驱体三辛基膦化碲（Te-TOP），获得1.9 nm 的CdTe MSNs，并证明正己基磷酸的存在有利于纳米晶体的稳定存在。

R. Wang等采用“非注射一壶法”合成了CdTe MSNs，并观察到该纳米晶体在427 nm处得到高亮荧光谱峰，且半峰宽只有10 nm。该方法是将二水合醋酸镉，油酸及新合成的Te-TOP在溶剂十八烯中加热到240 ℃ 获得1.5 nm的高分散性碲化镉纳米晶体。

无论是“热注入法”还是“非注射一壶法”，预先合成Te-TOP是合成高分散性碲化镉纳米晶体必不可少的步骤。然而，Te-TOP的合成必须在惰性气体保护的无水无氧的手套箱中进行，反应条件十分苛刻，这不仅增加了合成工艺的复杂性，而且不利于CdTe纳米晶的批量合成和工业化生产。

同时，由于尺寸效应，纳米晶体的粒径是影响纳米晶体性质的重要因素，所以获得不同尺寸的纳米晶体对于扩大纳米晶体的科学研究和实际应用具有重要意义。近年来，虽然合成技术取得长足进步，但仍然无法通过热力学参数的变化精确控制纳米晶的生长，尤其是对超小粒径纳米晶的调控更是面临着更大的挑战。

发明内容

本发明提出一种高分散性碲化镉纳米晶体的合成和生长控制方法，其特征在于包括以下步骤：

将摩尔比为6～8 : 8 : 1 : 0.02～0.2 ：0.01的二水合醋酸镉、硬脂酸、碲粉、三辛基膦、十八烯在常温下装入带有冷凝管的三颈瓶中，在-1×10⁴ Pa以下的真空条件下，搅拌并加热到80～120 ℃，并保持该温度1～2小时。然后，在氮气保护下继续搅拌和加热，生长温度升至220 ℃，升温速率为5～10 ℃ ∕ min，以完成碲化镉纳米晶体的生长。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、克服了现有技术中必须单独合成碲的前驱体Te-TOP的缺点，简化了合成路径，操作连续完成，合成方法简单，CdTe纳米晶体的单分散性高，重复性好，易于工业化生产。

2、通过调节纳米晶体生长的温度，达到控制纳米晶体粒径的目的。

3、在合成过程中获得带边吸收峰分别位于427 nm和500 nm的超小尺寸碲化镉纳米晶，实现了温度对超小尺寸碲化镉纳米晶生长的调节，对其他半导体纳米晶体的合成提供了借鉴意义。

附图说明

图1 为本发明实例1，CdTe 纳米晶体随温度变化的可见-紫外吸收光谱。

图2 为本发明实例2，CdTe 纳米晶体随温度变化的可见-紫外吸收光谱。

图3 为本发明实例3，CdTe 纳米晶体随温度变化的可见-紫外吸收光谱。

具体实施方式

实施例1

将0.32 g 二水合醋酸镉、0.46 g 硬脂酸，0.03 g 碲粉，0.02 g三辛基膦，20 g 十八烯在室温下装入三颈瓶，抽真空至-1×10⁴Pa后，磁力搅拌下将混合物加热到80 ℃，并维持该温度2小时，然后在氮气保护下升温到220 ℃，升温速率为5 ℃ /min。

在不同的生长温度抽取样品进行表征：将抽取的0.1 mL样品快速溶解在2 mL正己烷中，碲化镉样品的吸收光谱如图1 所示。实验表明，温度在120 ℃ 碲化镉纳米晶在427 nm 处出现波长恒定的带边吸收峰，吸收峰的强度随温度的升高而不断增加；当温度到达180 ℃后，在500 nm 处出现第二带边吸收峰，该吸收峰波长恒定，强度随温度逐渐增强，而427 nm 处的带边吸收峰逐渐减小并于220 ℃完全消失。因此，当生长温度位于120～180 ℃时可获得1.5 nm碲化镉纳米晶，而温度高于210 ℃则获得2.1 nm的碲化镉纳米晶体。

实施例2

将0.37 g 二水合醋酸镉、0.46 g 硬脂酸，0.03 g 碲粉，0.04 g三辛基膦，20 g十八烯在室温下装入三颈瓶，抽真空至-1×10⁴Pa后，磁力搅拌下将混合物加热到100 ℃，并维持该温度2小时，然后在氮气保护下升温到220 ℃，升温速率为8 ℃ /min。

在不同的生长温度抽取样品进行表征：将抽取0.1mL的样品快速溶解在2 mL正己烷中，碲化镉样品的吸收光谱如图2 所示。实验表明，温度在120 ℃ 碲化镉纳米晶在427 nm 处出现波长恒定的带边吸收峰，吸收峰的强度随温度的升高而不断增加；当温度到达200 ℃后，在500 nm 处出现第二带边吸收峰，该吸收峰波长恒定，强度随温度逐渐增强，而427 nm 处的带边吸收峰逐渐减小并于210 ℃完全消失。因此，当生长温度位于120～190 ℃时可获得1.5 nm碲化镉纳米晶，而温度高于210 ℃则获得2.1 nm的碲化镉纳米晶体。

实施例3

将0.43 g 二水合醋酸镉、0.46 g 硬脂酸，0.03 g 碲粉，0.06 g三辛基膦，20g 十八烯在室温下装入三颈瓶，抽真空至-1×10⁴Pa后，磁力搅拌下将混合物加热到120 ℃，并维持该温度1小时，然后在氮气保护下升温到220 ℃，升温速率为10 ℃ /min。

在不同的生长温度抽取样品进行表征：将抽取的0.1mL样品快速溶解在2 mL正己烷中，碲化镉样品的吸收光谱如图3所示。实验表明，温度在120 ℃ 碲化镉纳米晶在427 nm 处出现波长恒定的带边吸收峰，吸收峰的强度随温度的升高而不断增加；当温度到达180 ℃后，在500 nm 处出现第二带边吸收峰，该吸收峰波长恒定，强度随温度逐渐增强，而427 nm 处的带边吸收峰逐渐减小并于200 ℃完全消失。因此，当生长温度位于120～160 ℃时可获得1.5 nm碲化镉纳米晶，而温度高于200 ℃则获得2.1 nm的碲化镉纳米晶体。

Claims

1.一种高分散性碲化镉纳米晶体的合成方法，其特征在于：将摩尔比为6～8 : 8 : 1 : 0.02～0.2 ：0.01的二水合醋酸镉、硬脂酸、碲粉、三辛基膦、十八烯在常温下装入带有冷凝管的三颈瓶中，在-1×10⁴ Pa以下的真空条件下，搅拌并加热到80～120 ℃，并保持该温度1～2小时，然后通入氮气至10⁴～10⁵ Pa，在氮气保护下继续搅拌和加热，生长温度升至220 ℃，升温速率为5～10 ℃ ∕ min。