CN105329935A - 一种铜锌锡硫量子点及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铜锌锡硫量子点及其制备方法，属于纳米新材料领域。每100毫升溶液中含有1-10克铜锌锡硫量子点，所述的量子点粒径在3-20纳米范围。先将铜盐、锌盐、锡盐、烷基硫醇、脂肪胺加入到三口烧瓶中，敞口体系中搅拌并加热至180度反应5分钟，然后将溶液冷却至60度，加入量子点溶剂和量子点沉淀剂，得到浑浊溶液。将浑浊溶液在离心机中离心10分钟，在得到的沉淀中加入量子点溶剂。本发明所用到的所有原材料不但价格低廉，而且含量丰富，毒性低，大大降低了反应成本，特别适用于大规模生产。

Description

一种铜锌锡硫量子点及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米新材料领域，具体涉及一种具有良好光电性能、并且拥有合金结构组成的低成本铜锌锡硫量子点的制备方法。
背景技术
未来的电子材料不仅需要提供理想的光电性能，而且还要包含丰富且无毒的元素，虽然硅可以满足这些要求，但是其具有明显的局限性，所以需要在一些重要的应用中使用其他材料，遗憾的是，目前比较有前景的材料，例如GaAs或者CdTe，都含有剧毒元素，不是适宜持续发展的材料，所以必须发展一种可持续使用的光电材料来解决这些问题。
目前可值得开发的其中一种是铜锌锡硫量子点，这是有前途的用于太阳能电池的新型半导体材料，它具有高的消光系数（约104cm-1）和能带宽度（约1.5eV），几乎是最理想的光伏电池材料，事实上，铜锌锡硫薄膜电池已经具有接近8%的光电转换效率。但是若想要取得更高的光电转换效率，就要开发出高质量的具有纳米结构的铜锌锡硫，比如说半导体量子点，它是通过溶液凝胶法制备的，由于量子限域效应，可以显示出尺寸和组分依赖的光学性质。在多层器件中包含不同尺寸的量子点能够得到低成本的多结太阳能电池。由于多激子效应，量子点很有可能超过硅电池的31%的光电转换效率，目前比较好的薄膜电池是用含铅的化合物制成的，这并不满足未来发展所需的无毒材料特点，而铜锌锡硫量子点能够解决量子点的毒性问题，在这样的背景下，设计出高质量铜锌锡硫量子点的合成手段就极为重要。
发明内容
本发明提供一种铜锌锡硫量子点及其制备方法，目的使所制备的铜锌锡硫量子点性能优良，粒径均匀，分散性好，能够在太阳能电池，光催化等方面得到应用。
本发明取采的技术方案是，一种铜锌锡硫量子点，每100毫升溶液中含有1-10克铜锌锡硫量子点，所述的量子点粒径在3-20纳米范围。
本发明一种铜锌锡硫量子点的制备方法，包括下列步骤：
a.按原子个数计，将2-20份的铜盐、1-10份的锌盐、1-10份的锡盐、500-5000份的烷基硫醇、750-7500份的脂肪胺，在室温下加入到三口烧瓶中，敞口体系中搅拌并直接升温至180度反应5分钟；
b.将步骤a所得到的溶液冷却至60度，加入5000份的量子点溶剂和5000份的量子点沉淀剂，得到浑浊溶液；
c.将步骤b的浑浊溶液，在离心机中离心10分钟，在得到的沉淀中加入5000份的量子点溶剂，即得到分散在溶剂中的铜锌锡硫量子点。
上述的铜盐为硝酸铜，硫酸铜，羧酸铜，磷酸铜，卤化铜，磺酸铜中的一种。在此没有列出的但是具有本公开所说明的特性的铜盐也被考虑在内。
上述的锌盐为硝酸锌，硫酸锌，羧酸锌，磷酸锌，卤化锌，磺酸锌中的一种。在此没有列出的但是具有本公开所说明的特性的锌盐也被考虑在内。
上述的锡盐为硝酸锡，硫酸锡，羧酸锡，磷酸锡，卤化锡，磺酸锡中的一种。在此没有列出的但是具有本公开所说明的特性的锰盐也被考虑在内。
上述的烷基硫醇为辛硫醇，戊硫醇，十二硫醇，十四硫醇，十八硫醇，苄硫醇中的一种。在此没有列出的但是具有本公开所说明的特性的铟盐也被考虑在内。
上述的脂肪胺包括己胺，庚胺，辛胺，壬胺，癸胺，十一胺，十二胺，十五胺，十六胺，十八胺，二十胺，己烯胺，庚烯胺，辛烯胺，壬烯胺，癸烯胺，十一烯胺，十二烯胺，十五烯胺，十六烯胺，十八烯胺，二十烯胺。在此没有列出的但是具有本公开所说明的特性的脂肪胺化合物也被考虑在内。发明中的脂肪胺化合物含有上述的一种。
上述的量子点溶剂包括但不限于苯，甲苯，对二甲苯，己烷，环己烷，二氯甲烷，氯仿，四氯化碳等常见有机溶剂。
上述的量子点沉淀剂包括但不限于甲醇，乙醇，异丙醇，环己醇，丙酮，乙腈。
本发明的优点在于：产品不含镉元素，可实现整个量子点结构的无镉化，安全环保，并能拥有优异的性质，有极大的工业发展前景。
本发明产品性能好，相对于其他种类量子点，其光谱吸收范围涵盖整个可见光区域及大部分近红外区域，会为将来的太阳能电池等应用提供合适的优质材料，完全符合进一步生产和应用的需求。
本发明方法简洁独特，操作性强，相对于以往热注入法制备铜锌锡硫量子点，本方法采用单锅无注入法，即在室温下将所有原料加入到反应体系中，直接升到一定温度反应，得到性质优异的铜锌锡硫量子点，该方法大大提高了可重复性和可升级性，为工业化生产提供了安全可靠的途径。
本发明无需惰性气体保护，敞口体系中直接加热至一定反应温度，5分钟即可完成反应，快速简便，显著减少了劳动成本，包括时间、人力和装置等。
附图说明
图1为本发明实施例1所得的铜锌锡硫量子点的紫外吸收曲线光谱图，图中显示，该吸收光谱涵盖连续无断点，涵盖整个可见光光谱和部分近红外光谱；
图2为本发明实施例1所得的铜锌锡硫量子点的能谱图，图中清晰的标明含有铜、锌、锡、硫等主要元素；
图3为本发明实施例1所得的铜锌锡硫量子点的透射电镜图，图中显示此方法合成出的铜锌锡硫量子点具有统一的粒径，分布均匀，颗粒清楚；
图4为本发明实施例2所得的铜锌锡硫量子点的紫外吸收曲线光谱图，图中显示，该吸收光谱涵盖连续无断点，涵盖整个可见光光谱和部分近红外光谱。
图5为本发明实施例2所得的铜锌锡硫量子点的能谱图，图中清晰的标明含有铜、锌、锡、硫等主要元素；
图6为本发明实施例2所得的铜锌锡硫量子点的透射电镜图，图中显示此方法合成出的铜锌锡硫量子点具有统一的粒径，分布均匀，颗粒清楚；
图7为本发明实施例3所得的铜锌锡硫量子点的紫外吸收光谱图，图中显示，该吸收光谱涵盖连续无断点，涵盖整个可见光光谱和部分近红外光谱；
图8为本发明实施例3所得的铜锌锡硫量子点的透射电镜图，图中显示此方法合成出的铜锌锡硫量子点具有统一的粒径，分布均匀，颗粒清楚。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限于本发明的范围。
2-20份的铜盐、1-10份的锌盐、1-10份的锡盐、500-5000份的烷基硫醇、750-7500份的脂肪胺；
实施例1：按原子个数计，配方如下：
氯仿10000份
甲醇5000份
十二烯胺750份
十四硫醇500份
硫酸铜2份
硝酸锌1份
乙酸锡1份
制备工艺：
a.按原子个数计，将2份硫酸铜、1份的硝酸锌、1份乙酸锡，500份的十四硫醇、750份的十二烯胺、在室温下加入到三口烧瓶中，敞口体系中搅拌并加热至180度反应5分钟；
b.将步骤a所得到的溶液冷却至60度，加入5000份的氯仿和5000份的甲醇，得到浑浊溶液；
c.将步骤b的浑浊溶液，在离心机中离心10分钟，在得到的沉淀中加入5000份的氯仿，即得到分散在氯仿中的铜锌锡硫量子点。
实施例2：按原子个数计，配方如下：
二氯甲烷10000份
乙醇5000份
十八烯胺4125份
十二硫醇2750份
乙酸铜11份
硝酸锌5.5份
氯化锡5.5份
制备工艺：
a.按原子个数计，将11份乙酸铜、5.5份的硝酸锌、5.5份氯化锡，2750份的十二硫醇、4125份的十八烯胺，在室温下加入到三口烧瓶中，敞口体系中搅拌并加热至180度反应5分钟。
b.将步骤a所得到的溶液冷却至60度，加入5000份的二氯甲烷和5000份的乙醇，得到浑浊溶液。
c.将步骤b的浑浊溶液，在离心机中离心10分钟，在得到的沉淀中加入5000份的二氯甲烷，即得到分散在氯仿中的铜锌锡硫量子点。
实施例3：按原子个数计，配方如下：
甲苯10000份
丙酮5000份
十二烯胺7500份
十四硫醇5000份
硝酸铜20份
硫酸锌10份
硝酸锡10份
制备工艺：
a.按原子个数计，将20份硝酸铜、10份的硫酸锌、10份硝酸锡，5000份的十四硫醇、7500份的十二烯胺，在室温下加入到三口烧瓶中，敞口体系中搅拌并加热至180度反应5分钟;
b.将步骤a所得到的溶液冷却至60度，加入5000份的甲苯和5000份的丙酮，得到浑浊溶液;
c.将步骤b的浑浊溶液，在离心机中离心10分钟，在得到的沉淀中加入5000份的甲苯，即得到分散在氯仿中的铜锌锡硫量子点。

Claims (10)

1.一种铜锌锡硫量子点，其特征在于：每100毫升溶液中含有1-10克铜锌锡硫量子点，所述的量子点粒径3-20纳米。
2.如权利要求1所述的铜锌锡硫量子点的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
a.按原子个数计，将2-20份的铜盐、1-10份的锌盐、1-10份的锡盐、500-5000份的烷基硫醇、750-7500份的脂肪胺，在室温下加入到三口烧瓶中，敞口体系中搅拌并直接升温至180度，反应5分钟；
b.将步骤a所得到的溶液冷却至60度，加入5000份的量子点溶剂和5000份的量子点沉淀剂，得到浑浊溶液；
c.将步骤b的浑浊溶液，在离心机中离心10分钟，在得到的沉淀中加入5000份的量子点溶剂，即得到分散在溶剂中的铜锌锡硫量子点。
3.如权利要求2所述的铜锌锡硫量子点的制备方法，其特征在于：所述铜盐为硫酸铜，硝酸铜，羧酸铜，磷酸铜，卤化铜，磺酸铜中的一种。
4.如权利要求2所述的铜锌锡硫量子点的制备方法，其特征在于：所述锌盐为硝酸锌，硫酸锌，羧酸锌，磷酸锌，卤化锌，磺酸锌中的一种。
5.如权利要求2所述的铜锌锡硫量子点的制备方法，其特征在于：所述锡盐为硝酸锡，硫酸锡，羧酸锡，磷酸锡，卤化锡，磺酸锡中的一种。
6.如权利要求2所述的铜锌锡硫量子点的制备方法，其特征在于：所述烷基硫醇为辛硫醇，戊硫醇，十二硫醇，十四硫醇，十八硫醇，苄硫醇中的一种。
7.如权利要求2所述的铜锌锡硫量子点的制备方法，其特征在于：所述脂肪胺包括己胺，庚胺，辛胺，壬胺，癸胺，十一胺，十二胺，十五胺，十六胺，十八胺，二十胺，己烯胺，庚烯胺，辛烯胺，壬烯胺，癸烯胺，十一烯胺，十二烯胺，十五烯胺，十六烯胺，十八烯胺，二十烯胺。
8.如权利要求2所述的铜锌锡硫量子点的制备方法，其特征在于：所述量子点溶剂是有机溶剂。
9.如权利要求8所述的铜锌锡硫量子点的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂包括苯，甲苯，对二甲苯，己烷，环己烷，二氯甲烷，氯仿或四氯化碳。
10.如权利要求2所述的铜锌锡硫量子点的制备方法，其特征在于：所述量子点沉淀剂包括甲醇，乙醇，异丙醇，环己醇，丙酮或乙腈。
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