CN102765744B - 一种一步制备氧化锌量子点的方法 - Google Patents
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Abstract
一种氧化锌量子点的制备方法，步骤如下：分别称取不同质量的醋酸锌或甲酸锌等有机锌盐；溶于乙醇中配制成0.0125M至0.05M的溶液；溶液加热至60-80℃温度，搅拌反应时间2-4小时后冷却；高速离心后，用去离子水洗涤两遍以上；50±5℃烘干得量子点氧化锌。本发明采用溶胶凝胶法，在低于100℃条件下，以简单有机锌盐及乙醇为原料制备氧化锌量子点，粒径均匀，结晶度良好，并有较好的发光性能。产物无需复杂后续处理，可烘干为粉末，也易于分散于水中。
Description
技术领域
本发明涉及一种氧化锌量子点的制备方法，采用单一锌盐在乙醇中使用溶胶凝胶法一步制备。
背景技术
纳米半导体材料所具有的独特效应使得它们呈现出许多新颖的特性，在非线性光学、磁介质、催化、医药、及功能材料等方面具有极为广阔的应用前景，同时也将会对生命科学和信息技术的发展以及物质领域的基础研究发生深刻的影响。在众多的半导体纳米材料中，金属氧化物半导体纳米材料是功能材料中重要的组成部分，它们不仅具有金属氧化物特有的理化性质，还具有半导体材料的特性，因此有着独特的电、磁、声、光、热等性能，多年来一直作为功能材料研究领域的热点受到广泛的关注。金属氧化物半导体材料的功能特性同它们的能带结构、原子结构、原子间的结合状态、键型或电子结构、晶体的类型、相的体系以及它们的微观结构都有着密切的关系，每种金属氧化物半导体功能特性及应用侧重方向有很大的差别。因而以金属氧化物半导体材料为研究对象，探讨其制备方法、表面微结构以及性能实现的影响因素，对于实现材料的最大功能化、提升其实际应用价值具有重要的理论和现实意义。氧化锌Ⅱ-Ⅵ是一种族直接带隙宽禁带化合物半导体材料，室温下的禁带宽度 3.37eV，激子结合能高达 60meV。宽禁带和室温下有较大的激子束缚能，保证它可以在室温下实现紫外激光发射，使得ZnO成为了一种重要的光学和光电子学的半导体材料，是继砷化嫁后出现的又一种备受关注的新一代半导体材料，在紫、蓝、绿光发光二极管、激光器和紫外探测器等方面显示了巨大的应用潜力。不仅如此，ZnO同时具有半导体的光电性能、压电效应、高的热稳定性、气敏特性、生物安全性和生物兼容性等，使得氧化锌在生物医学、军事、无线通信和传感方面都具有重要的应用价值。
ZnO 量子点表现出许多特殊的性质，如无毒和非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线等功能，将在制造气体传感器、荧光体、紫外线遮蔽材料、变阻器、图像记录材料、压敏材料、压电材料和高效催化剂等方面得到广泛应用。纳米氧化锌的制备技术国内外有不少研究报道，国内的研究源于20世纪90年代初，起步虽晚，但发展很快，目前，世界各国对纳米氧化锌的研究主要包括制备、微观结构、宏观物性和应用等方面，其中制备技术是关键。因制备工艺过程的研究与控制对其微观结构和宏观性能具有重要的影响。纳米氧化锌的制备方法可以分为：液相法，气相法和固相法。液相法是试验室和工业生产广泛采用的制备纳米粉体的方法。与其它方法相比，液相法具有设备简单、原料容易获得，能够准确地控制粒子的化学组成，且粒子大小及形状容易控制，并且通过该手段制备得到的氧化锌纯度高、活性好、成本低等特点。根据制备和合成过程不同,液相法可以分为化学沉淀法、溶胶—凝胶法、微乳液法、水热合成法等。其中溶胶凝胶法是制备纳米材料的化学方法中较为重要的一种。溶胶-凝胶法制备纳米粉体材料的一般过程如下
(l)溶胶的制备过程;(2)溶胶一凝胶转化;(3)凝胶的干燥;(4)热处理过程。
溶胶-凝胶法可在低温下制备纯度高、粒径分布均匀、化学活性高的多组分材料。溶液的 pH 值、浓度、反应时间及温度均是影响溶胶- 凝胶质量的主要因素。溶胶一凝胶法也存在某些问题： 通常整个溶胶－凝胶过程所需时间较长（主要指陈化时间），常需要几天或者几周；还有就是凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物，并产生收缩；过程较为复杂，去除杂质过程相应繁琐，如常温溶胶凝胶法通常涉及两种以上试剂，并且在去除前驱体之前氧化锌核会不断长大。为克服这些问题，本发明提供一种一步制备氧化锌量子点的方法，原料单一，反应时间短，制备所得粒子稳定。
发明内容
本发明目的是，提出一种以简单原料一步制备氧化锌量子点的方法，采用常见有机锌盐，在乙醇溶液中制备。所有试剂均为分析纯，无需进一步处理。
本发明的技术方案是：一步制备氧化锌量子点的方法，发明具体步骤如下：
1. 分别称取不同质量的醋酸锌、甲酸锌等有机锌盐；
2. 溶于乙醇中配制成0.0125M至0.05M的溶液。
3. 溶液加热至60-80℃温度，搅拌反应时间2-4小时后冷却。
高速离心后，用去离子水洗涤两遍以上。50±5℃烘干得量子点氧化锌。
每次反应只涉及单一锌盐。反应过程简单，易于控制。
具体采用的有机锌盐的乙醇溶液浓度分别为0.0125M、0.025M、0.05M。加热温度为60℃、70℃、80℃。均得到所制氧化锌量子点（粒子），粒径在5nm以下。所得量子点粒子具有良好的单分散性。本发明所制备量子点具有光致发光性能。所述量子点能稳定分散于水中，放置四个月以上荧光性能不会发生改变。
所述量子点结晶良好，具有六角纤锌矿结构。
本发明有益效果，相对于常温溶胶凝胶法，反应可以随时停止，不涉及前驱体的去除，易于控制。原料单一，产物处理容易，只需离心洗涤就可以得到纯度较高的氧化锌粉末，节约成本，对环境无害。产物稳定，结晶良好，放置四月后荧光效果无明显变化。
附图说明
图1-4为根据实施例1（图1、图2）、实施例2、例3产物的高分辨电镜图片（图3、图4）。其中图1、图2是实施例1在不同放大倍数下拍摄，可见粒径均匀，大小约为5nm，结晶良好。
图5-6为实例1的荧光光谱。图5为制备后一天采集样品荧光光谱，图6为制备后四个月采集样品的荧光光谱。
具体实施方法
实施例1
称取0.549g醋酸锌，室温下溶解于50ml乙醇中，在磁力搅拌条件下加热至80℃，继续搅拌两小时，冷却至室温后，高速离心。沉淀用去离子水清洗两遍后50℃烘干。图1-2为实施例1得到的样品不同放大倍数高分辨电镜图片。
实施例2
称取0.194g甲酸锌，室温下溶解于50ml乙醇中，在磁力搅拌条件下加热至70℃，继续搅拌三小时，冷却至室温后，高速离心。沉淀用去离子水清洗两遍后50℃烘干，图3为相应高分辨照片。
实施例3
称取0.275g醋酸锌，室温下溶解于50ml乙醇中，在磁力搅拌条件下加热至60℃，继续搅拌四小时，冷却至室温后，高速离心。沉淀用去离子水清洗两遍后50℃烘干，图4为相应高分辨图片。
Claims (1)
1.一种氧化锌量子点的制备方法，其特征是步骤如下：分别称取不同质量的醋酸锌或甲酸锌；溶于乙醇中配制成0.0125M至0.05M的溶液；溶液加热至60-80℃温度，搅拌反应时间2-4小时后冷却；高速离心后，用去离子水洗涤两遍以上；50±5℃烘干得氧化锌量子点；氧化锌量子点粒径在5nm以下；且氧化锌量子点具有六角纤锌矿结构；氧化锌量子点具有光致发光性能；氧化锌量子点能稳定分散于水中，放置四个月以上荧光性能不会发生改变。
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