CN105586028A - 一种CdSeCdS核壳结构量子点的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于量子点的制备领域，具体涉及一种CdSeCdS核壳结构量子点的制备方法。先在含有硫脲、硒源和过量Cd2+离子的微乳体系中合成出CdSe量子点，然后将此反应体系进行水热处理，利用硫脲分解产生的S2-在CdSe表面外延生长出一层CdS，形成CdSeCdS核壳结构量子点。本发明采用微乳液法和水热处理法相结合，一步加料，两阶段反应，制得尺寸小且均一、粒度易于控制、晶化程度高、单分散性好的CdSeCdS核壳结构量子点。工艺操作简便，对设备要求低。

Description

一种CdSeCdS核壳结构量子点的制备方法
技术领域
本发明属于量子点的制备领域，具体涉及一种CdSeCdS核壳结构量子点的制备方法。
背景技术
量子点材料的性能除了与其化学组成有关外，还与其颗粒的尺寸大小及分布的均一性、颗粒的结晶性等有关。目前，量子点的制备方法主要有微乳液法、水热法、沉淀法等，其中微乳液法是最常用的方法，其装置简单、易操作、产物粒径均一，通过调整微乳液的组成，可简便而有效地控制产物的大小。然而，单纯的微乳液法制备的纳米粒子结晶性较差，存在较多的缺陷，这些缺陷成为非辐射复合中心，影响了纳米半导体的光电性能。水热法是一种常见的制备纳米材料的方法，它具有粒子纯度高和结晶度高的优点，但是产物粒子的大小不易控制，均一性较差。另外，目前核壳结构量子点材料的制备，不管是微乳液法还是其它方法，一般是先制备出核粒子，再加入生成壳层的反应物，进行壳层的沉积生长，这种方法难以避免核粒子的团聚，因而产物的单分散性较差，结晶度也不好。这些都影响了量子点的相关性能的发挥。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种CdSeCdS核壳结构量子点的制备方法。本发明采用微乳液法和水热处理法相结合，制得尺寸小且均一、晶化程度高、单分散性好的CdSeCdS核壳结构量子点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种CdSeCdS核壳结构量子点的制备方法：先在含有硫脲、硒源和过量Cd2+离子的微乳体系中合成出核粒子CdSe，然后将此反应体系进行水热处理，利用硫脲分解产生的S2-在CdSe表面外延生长出一层CdS，形成CdSeCdS核壳结构量子点。
所述的CdSeCdS核壳结构量子点的制备方法，采用一次性加料，两阶段反应，第一阶段是核粒子CdSe的生成，反应条件为氮气保护下30℃下恒温反应10分钟，第二阶段是壳层CdS的生成，采用水热处理，反应条件为密封80℃下反应12h。
所述的CdSeCdS核壳结构量子点的制备方法，具体步骤为：
1）核粒子CdSe的制备：
a.称取0.016g硒粉和0.08gKBH4，加入到2mL二次去离子水中，在氮气保护下反应20min左右，得到KHSe水溶液；
b.配制两种微乳液，微乳液1：8.1mL环己烷、6mL吐温80、9mL正己醇、0.6mL0.2~0.3M硝酸镉和0.4M硫脲的水溶液；微乳液2：8.1mL环己烷、6mL吐温80、9mL正己醇、0.6mL0.1MKHSe水溶液；
c.将两份微乳液置于30℃的恒温水浴锅中，并在氮气保护下搅拌30min至澄清透明后，于搅拌下将微乳液2逐滴加入到微乳液1中，控制滴加速度为每秒两滴，整个过程均处于氮气保护下，反应10min后得到稳定的含CdSe量子点的微乳液；
2）壳层CdS的生长：将含CdSe量子点的微乳液倒入到100mL带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，封盖后于80℃下反应12h后，离心分离，弃上清液，将所得砖红色沉淀用无水乙醇反复洗涤3次，于60℃下真空干燥，得到CdSeCdS核壳结构量子点产物粉末。
一种如上任一项所述的制备方法制得的CdSeCdS核壳结构量子点，在太阳能电池、发光器件和光学生物标记中均有应用。
本发明的有益效果在于：
1）本发明综合利用了微乳液法和水热法的优点，采用一次性加料，两阶段反应，而且这种“一锅式”的两阶段反应与常规的两次投料、两阶段反应方法相比，能利用硫脲对第一阶段生成的CdSe核粒子的包裹作用，提高核粒子乃至最终的核壳结构粒子的单分散性、减小产物粒径；
2）本发明得到的CdSeCdS核壳结构量子点尺寸小且均一、晶化程度高，通过改变微乳液的组成和反应条件可灵活控制粒子的尺寸；并且制备工艺简单、操作方便。
附图说明
图1和图2为利用本发明制备的CdSeCdS核壳结构量子点的不同分辨率透射电镜照片，由图可以看出，产物的粒径均一，约为7nm；
图3为利用本发明制备的CdSeCdS核壳结构量子点的动态光散射粒度分布图，显示产物的粒径主要分布在7nm左右；
图4为利用本发明制备的不同核-壳比例的CdSeCdS核壳结构量子点的粉末衍射图，CdSeCdS衍射峰的位置和CdSe的谱图基本一致，只是随着壳层CdS比例的增加，峰位置逐渐往CdS的峰位置偏移。衍射谱图的这种渐变现象说明CdS并非大量地独立成核并生长，而是外延生长于CdSe纳米晶表面，形成核壳结构。
具体实施方式
本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
实施例1
所述的CdSeCdS核壳结构量子点的制备方法，具体步骤为：
1）核粒子CdSe的制备：
a.称取0.016g硒粉和0.08gKBH4，加入到2mL二次去离子水中，在氮气保护下反应20min左右，得到KHSe水溶液；
b.配制两种微乳液，微乳液1：8.1mL环己烷、6mL吐温80、9mL正己醇、0.6mL0.3M硝酸镉和0.4M硫脲的水溶液；微乳液2：8.1mL环己烷、6mL吐温80、9mL正己醇、0.6mL0.1MKHSe水溶液；
c.将两份微乳液置于30℃的恒温水浴锅中，并在氮气保护下搅拌30min至澄清透明后，于搅拌下将微乳液2逐滴加入到微乳液1中，控制滴加速度为每秒两滴，整个过程均处于氮气保护下，反应10min后得到稳定的含CdSe量子点的微乳液；
2）壳层CdS的生长：将含CdSe量子点的微乳液倒入到100mL带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，封盖后于80℃下反应12h后，离心分离，弃上清液，将所得砖红色沉淀用无水乙醇反复洗涤3次，于60℃下真空干燥，得到核/壳摩尔比为1:2的CdSeCdS核壳结构量子点产物粉末。
实施例2
流程同例1，但微乳液1的水相组成改为：0.6mL0.2M硝酸镉和0.4M硫脲的水溶液，得到核/壳摩尔比为1:1的CdSeCdS核壳结构量子点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种CdSeCdS核壳结构量子点的制备方法，其特征在于：先在含有硫脲、硒源和过量Cd2+离子的微乳体系中合成出核粒子CdSe，然后将此反应体系进行水热处理，在CdSe表面外延生长出一层CdS，形成CdSeCdS核壳结构量子点。
2.根据权利要求1所述的CdSeCdS核壳结构量子点的制备方法，其特征在于：核粒子CdSe的合成条件为：氮气保护下30℃下恒温反应10分钟；水热处理的条件为：密封条件下，80℃反应12h。
3.根据权利要求1所述的CdSeCdS核壳结构量子点的制备方法，其特征在于：所述制备方法的具体步骤为：
1）核粒子CdSe的制备：
a.称取0.016g硒粉和0.08gKBH4，加入到2mL二次去离子水中，在氮气保护下反应20min左右，得到KHSe水溶液；
b.配制两种微乳液，微乳液1：8.1mL环己烷、6mL吐温80、9mL正己醇、0.6mL0.2~0.3M硝酸镉和0.4M硫脲的水溶液；微乳液2：8.1mL环己烷、6mL吐温80、9mL正己醇、0.6mL0.1MKHSe水溶液；
c.将两份微乳液置于30℃的恒温水浴锅中，并在氮气保护下搅拌30min至澄清透明后，于搅拌下将微乳液2逐滴加入到微乳液1中，控制滴加速度为每秒两滴，整个过程均处于氮气保护下，反应10min后得到稳定的含CdSe量子点的微乳液；
2）壳层CdS的生长：将含CdSe量子点的微乳液倒入到100mL带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，封盖后于80℃下反应12h后，离心分离，弃上清液，将所得砖红色沉淀用无水乙醇反复洗涤3次，于60℃下真空干燥，得到CdSeCdS核壳结构量子点产物粉末。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的制备方法制得的CdSeCdS核壳结构量子点。
5.一种如权利要求4所述的CdSeCdS核壳结构量子点在太阳能电池、发光器件和光学生物标记中的应用。
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