CN103805200A - 银纳米晶/半导体量子点复合纳米材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种银纳米晶/半导体量子点复合纳米材料，其包括银纳米晶和CdSe/ZnS量子点，所述银纳米晶和CdSe/ZnS量子点之间由静电作用结合而成，其颗粒形貌均一，分散性良好，发光效率高。本发明还公开了银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料的制备方法，该方法可在常温常压下进行，简单易行，成本低，适于广泛应用。

Description

银纳米晶/半导体量子点复合纳米材料及其制备方法
技术领域
本发明属于金属纳米材料技术领域，具体涉及一种银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料及其制备方法。
背景技术
近几年来，以金属纳米晶、半导体量子点为激活离子的纳米发光材料，由于其优越的光学特性，在微电子、化工、生物工程等领域潜在的广泛应用，开始受到许多国内外学者的关注。研究发现，通过适当的材料结合，能够很大程度上提高纳米材料的光、电、磁等性能。
由于量子尺寸效应，半导体量子点的光学特性与正常尺寸的半导体完全不同，因此而产生了一系列有趣的现象，如尺寸相关的光致发光和库仑阻塞以及这些结构中离散能级的影响。在量子点中，光致发光源于激子的辐射复合(即电子-空穴复合)，但其他非辐射复合会降低辐射复合的效率。量子点的光致发光过程依赖于局部态密度，微腔中辐射复合过程也与开放空间有限制区别。
发明内容
本发明的目的在于提供一种银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料及其制备方法。
本发明提出的一种银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料，其包括银纳米晶和CdSe／ZnS量子点，所述银纳米晶和CdSe／ZnS量子点之间由静电作用结合而成。其中，所述银纳米晶的直径为30-50纳米，所述CdSe／ZnS量子点的直径为12-16纳米，所述CdSe／ZnS量子点的发光波长为540-660纳米。所述银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料是通过在常温常压下制备的水溶性银纳米晶与油溶性量子点有效结合在一起而形成的。
本发明还提出了一种银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)常温常压下，在烧杯中加入去离子水和聚乙烯吡咯烷酮，待完全溶解后，依次加入硝酸银溶液、氯化钠溶液；用锡箔纸将烧杯密封，在黑暗中磁性搅拌，得到了氯化银溶液；
(2)分别配制抗坏血酸溶液、氢氧化钠溶液，混合后搅拌均匀，得到混合溶液。
(3)取一定量的氯化银溶液加入至步骤(2)中得到的混合溶液中，搅拌均匀后用锡箔纸将烧杯密封，在黑暗中磁性搅拌，得到银纳米晶黑褐色溶液；
(4)取银纳米晶溶液，经离心、清洗、干燥后得到银纳米晶；
(5)将制备得到的银纳米晶完全溶解在甲苯中，加入CdSe／ZnS量子点甲苯溶液，经超声离心清洗，真空烘干后得到产物银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料。
本发明制备方法中，所述银纳米晶与所述CdSe／ZnS量子点的用量比例为2：9-1：2。
本发明制备方法中，把常温常压下制备的水溶性银纳米晶与油溶性的量子点有效结合。
本发明制备方法包括了Ag纳米晶的制备步骤、以及水溶性Ag纳米晶与油溶性量子点的结合步骤。与现有技术相比，本发明在常温常压下进行，制取方法简单易行，实验成本低，而且制备的Ag纳米晶以及Ag／CdSe／ZnS量子点复合纳米材料稳定性好。
本发明提出的Ag纳米晶和量子点的复合材料成为研究在不同波长表面等离子体激元共振和量子点之间相互作用的理想材料。Ag纳米晶能调控半导体量子点的辐射寿命，改变其荧光强度。与传统金属量子点结合材料相比，银纳米晶与油溶性量子点结合的纳米材料具有低毒、稳定的优点，能够在常温常压下保持优秀的光学特性。直接在水溶液中制备银纳米晶的方法制备成本低，操作简单易行，材料稳定性好。本发明方法制备的Ag-CdSe／ZnS复合纳米材料颗粒形貌均一，分散性良好，发光效率高。银纳米晶与油溶性量子点结合后光学性能优异，能广泛应用于电子、化工、生物工程等领域。本发明制备方法在常温常压下进行，操作简单，易于控制，制备成本低，适于广泛应用。
附图说明
图1表示本发明实施例1中制得的Ag纳米晶的SEM图。
图2表示本发明实施例1中制得的Ag纳米晶／半导体量子点纳米复合材料的透射电镜图，其中，箭头所指为量子点，中间大黑圆圈为银纳米晶。
图3表示本发明实施例1中制得的Ag纳米晶／半导体量子点纳米复合材料与量子点的光致荧光光谱对比图。
图4表示本发明实施例2中制得的Ag纳米晶／半导体量子点纳米复合材料与量子点的荧光寿命对比图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的保护内容不局限于以下实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。实施本发明的过程、条件、试剂、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
具体实施中，本发明银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料的制备方法包括如下步骤：
(1)常温常压下，在500毫升的烧杯中依次加入200毫升去离子水和0.85克聚乙烯吡咯烷酮，完全溶解后在溶液中依次添加0.85克的硝酸银(AgNO3)，5.0摩尔每升的氯化钠(NaCl)溶液2毫升；然后在溶液中放置一个磁性棒，用锡箔纸将烧杯密封，在黑暗中磁性搅拌15分钟，得到了白色AgCl溶液。
(2)分别配制0.05摩尔每升的抗坏血酸(C6H8O6)溶液200毫升，以及0.5摩尔每升的氢氧化钠(NaOH)溶液22毫升，将它们混合后搅拌均匀，得到混合溶液。
(3)用量筒量取25毫升的AgCl溶液，加入上述混合溶液，搅拌均匀后用锡箔纸将烧杯密封，在黑暗中磁性搅拌2小时，得到黑褐色溶液，即Ag纳米晶溶液；
(4)取一定量的Ag纳米晶溶液，在转速为每分钟7000转的离心机中离心15分钟，然后用去离子水、丙酮对产物清洗、离心多次后在空气中干燥后得到的产物即银纳米晶；
(5)将前述得到的银纳米晶溶解在一定量(例如2毫升)的甲苯中，超声30分钟以保证银纳米颗粒完全溶解，加入0.35摩尔每升的CdSe／ZnS量子点0.5毫升，超声2小时后离心清洗，真空烘干后即得到银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料。
实施例1：银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料的制备
(1)常温常压下，在500毫升的烧杯中依次加入200毫升去离子水(H2O)和0.85克聚乙烯吡咯烷酮，完全溶解后在溶液中依次添加0.85克的硝酸银(AgNO3)，5.0摩尔每升的氯化钠(NaCl)溶液2毫升；然后在溶液中放置一个磁性棒，用锡箔纸将烧杯密封，在黑暗中磁性搅拌15分钟，得到了白色溶液AgCl溶液。
(2)分别配制0.05摩尔每升的抗坏血酸(C6H8O6)溶液200毫升，以及0.5摩尔每升的氢氧化钠(NaOH)溶液22毫升，将它们混合后搅拌均匀，得到混合溶液。
(3)用量筒量取25毫升的AgCl溶液，加入上述混合溶液，搅拌均匀后用锡箔纸将烧杯密封，在黑暗中磁性搅拌2小时，得到黑褐色溶液，即Ag纳米晶溶液；
(4)取60毫升的Ag纳米晶溶液，在转速为每分钟7000转的离心机中离心15分钟，然后用去离子水、丙酮对产物清洗、离心多次后在空气干燥后得到产物即银纳米晶；
(5)将前述得到的银纳米晶溶解在1.5毫升的甲苯中，超声30分钟以保证银纳米颗粒完全溶解，加入0.35摩尔每升的CdSe／ZnS量子点0.5毫升，超声2小时后离心清洗，真空烘干后即得到银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料，其SEM图如图1所示，其透射电镜图如图2所示。
由图1可见，本实施例制得的银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料中的Ag纳米晶分布均匀，该产品在放置一段时间后测得的性能仍然稳定。由图2可见，本实施例制得的银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料中，量子点体积较小，围绕在Ag纳米晶颗粒周围。如图3所示的Ag纳米晶／半导体量子点纳米复合材料与量子点的光致荧光光谱对比图，可见，Ag纳米晶有效地改变了量子点的发光强度。
实施例2：银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料的制备
(1)常温常压下，在500毫升的烧杯中依次加入200毫升去离子水(H2O)和0.85克聚乙烯吡咯烷酮，完全溶解后在溶液中依次添加0.85克的硝酸银(AgNO3)，5.0摩尔每升的氯化钠(NaCl)溶液2毫升；然后在溶液中放置一个磁性棒，用锡箔纸将烧杯密封，在黑暗中磁性搅拌15分钟，得到了白色溶液AgCl溶液。
(2)分别配制0.05摩尔每升的抗坏血酸(C6H8O6)溶液200毫升，以及0.5摩尔每升的氢氧化钠(NaOH)溶液22毫升，将它们混合后搅拌均匀，得到混合溶液。
(3)用量筒量取25毫升的AgCl溶液，加入上述混合溶液，搅拌均匀后用锡箔纸将烧杯密封，在黑暗中磁性搅拌2小时，得到黑褐色溶液，即Ag纳米晶溶液；
(4)取100毫升的Ag纳米晶溶液，在转速为每分钟7000转的离心机中离心15分钟，然后用去离子水、丙酮对产物清洗、离心多次后在空气干燥后得到产物即银纳米晶；
(5)将前述得到的银纳米晶溶解在2毫升的甲苯中，超声30分钟以保证银纳米颗粒完全溶解，加入0.35摩尔每升的CdSe／ZnS量子点0.5毫升，超声2小时后离心清洗，真空烘干后即得到Ag／量子点复合纳米材料，其扫描点镜图如图1所示，其透射电镜图如图2所示。
如图4所示的本实施例2中制得的Ag纳米晶／半导体量子点纳米复合材料与量子点的荧光寿命对比图，可见，Ag纳米晶调控的半导体量子点辐射寿命明显小于纯量子点的寿命。

Claims (5)

1.一种银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料，其特征在于，其包括银纳米晶和CdSe／ZnS量子点，所述银纳米晶和CdSe／ZnS量子点之间由静电作用结合而成。
2.如权利要求1所述的银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料，其特征在于，所述银纳米晶的直径为30-50纳米，所述CdSe／ZnS量子点的直径为12-16纳米，所述CdSe／ZnS量子点的发光波长为540-660纳米。
3.一种银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)常温常压下，在烧杯中加入去离子水和聚乙烯吡咯烷酮，待完全溶解后，依次加入硝酸银溶液、氯化钠溶液；用锡箔纸将烧杯密封，在黑暗中磁性搅拌，得到了氯化银溶液；
(2)分别配制抗坏血酸溶液、氢氧化钠溶液，混合后搅拌均匀，得到混合溶液。
(3)将步骤(1)得到的溶液I加入至步骤(2)得到的溶液II中，搅拌均匀后用锡箔纸将烧杯密封，在黑暗中磁性搅拌，得到银纳米晶黑褐色溶液；
(4)取溶液III，经离心、清洗、干燥后得到银纳米晶；
(5)将步骤(4)制备得到的银纳米晶完全溶解在甲苯中，加入CdSe／ZnS量子点，经超声离心清洗，真空烘干后得到如权利要求1所述的Ag／量子点复合纳米材料。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述银纳米晶与所述CdSe／ZnS量子点的用量比例为2：9-1：2。
5.一种如权利要求3方法制备得到的银纳米晶／半导体量子点复合纳米材料。
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