CN106564879A - 一种纳米碳/磷化铟量子点异质结的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米碳/磷化铟量子点异质结的制备方法，将纳米碳与油胺/异丙醇溶液混合超声处理至分散均匀，然后离心分离出功能化的纳米碳；将功能化的纳米碳与氯化铟、油胺加入到反应器中并在氮气保护条件下搅拌加热除水蒸气，待氯化铟完全溶解得到纳米碳‑氯化铟混合溶液，然后后升温至反应温度，再将三(二甲胺基)膦/油胺溶液注射到纳米碳‑氯化铟混合溶液中开始反应并控制反应时间，反应结束冷却至室温，对产物进行离心分离，并加乙醇/氯仿混合溶剂进行溶解、分离，得到纳米碳/磷化铟量子点异质结材料。与现有技术相比，本发明采用一步法合成制备纳米碳/InP量子点异质结材料，具有操作简单、反应条件温和、可控性强，结合强度高等优点。

Description

一种纳米碳/磷化铟量子点异质结的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，具体是一种纳米碳/磷化铟量子点异质结的一步制备方法。
背景技术
磷化铟(InP)作为一种重要的Ⅲ-Ⅴ族半导体，其带隙(约1.34eV)能够很好的匹配太阳光光谱，且具有电子迁移率高、光电转换效率高以及抗辐射能力强等优点，被认为是高效太阳能电池的优选材料之一。InP QDs除了具有本身的优异特性外还具有由于尺寸限域所产生的诸多新特性:(1)具有与其尺寸相关的带隙，可通过改变尺寸大小实现对量子点带隙的有效调控，从而实现对吸收光谱的可控性；(2)具有潜在的多重激子效应(MEG)，使量子点太阳能电池能够获得超过100％的外量子效率；(3)量子点的吸光系数较大，保证足够的光子吸收量。但是，目前InP QDs在光电器件方面的应用还存在不少问题。例如，将半导体量子点用于光电器件前需要有机配体包覆处理，那么半导体量子点之间的耦合一定程度上受到有机配体的阻碍，增加了组装体系中的无序，从而导致半导体量子点体系具有极低电导率和光电导率，限制了其在光电器件方面的应用。采用载流子迁移率较高的CNTs、Graphene与InP QDs形成异质结构，将光生载流子迅速传输至CNTs或Graphene表面进而传导出去，以降低光生载流子的复合几率，进而提高光电转换效率。
JM Lee等将InP与氮掺杂CNTs简单混合后用于提高有机太阳电池的激子分离效率(Adv.Mater.2013,25,2011–2017)。尽管电池效率从4.68％提高到6.11％，但InP与CNTs间的结合强度较弱，在一定程度上影响两者间的电荷分离与传输。M Sama等人研究了InP/ZnS-还原氧化石墨烯的光电特性(Nanoscale,2013,5,9793-9805)，所采用的合成方法则是将制备出的InP/ZnS QDs与烷基化的氧化石墨烯吸附在一起形成异质结结构。其二者间的结合也较弱，不利于InP/ZnS光电性能的提高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种过程简单，可控性强的纳米碳/磷化铟量子点异质结的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种纳米碳/磷化铟量子点异质结的制备方法，其特征在于，该方法包括以下两个步骤：
(1)纳米碳功能化
将纳米碳与油胺/异丙醇溶液混合超声处理至分散均匀，然后离心分离出功能化的纳米碳；
(2)异质结材料的制备
将功能化的纳米碳与氯化铟、油胺加入到反应器中并在氮气保护条件下100～200℃搅拌加热10-60min，每隔5-20min进行抽真空去除水蒸气，待氯化铟完全溶解得到纳米碳-氯化铟混合溶液，然后后升温至反应温度，再将三(二甲胺基)膦/油胺溶液注射到纳米碳-氯化铟混合溶液中开始反应并控制反应时间，反应结束冷却至室温，对产物进行离心分离，并加乙醇/氯仿混合溶剂进行溶解、分离，得到纳米碳/磷化铟量子点异质结材料。
步骤(1)所述的纳米碳为氧化石墨烯或羧基化碳纳米管。
步骤(1)所述的油胺/异丙醇溶液中油胺与异丙醇的体积比为1：19～1：4，用量为每毫克纳米碳添加5～10ml油胺/异丙醇溶液。
步骤(1)所述的离心分离采用的离心机转速大于10000rpm。
步骤(2)所述的油胺与氯化铟的比例为5～10ml/mmol，所述的纳米碳与氯化铟的摩尔比为(0.25～1)：1。
步骤(2)所述的反应温度为200～240℃，反应时间为10～60min。
步骤(2)所述的三(二甲胺基)膦/油胺溶液中三(二甲胺基)膦与油胺的体积比V/V＝1:1。
步骤(2)所述的三(二甲胺基)膦与氯化铟的摩尔比为1：1。
步骤(2)所述的乙醇/氯仿混合溶剂中乙醇与氯仿的体积比V/V＝1:1。
与现有技术相比，本发明通过添加油胺功能化碳纳米材料以便磷化铟在纳米碳材料表面直接成核、生长形成异质结结构，改变纳米碳材料添加量即可实现磷化铟/纳米碳材料比例的调控，具有操作简单、可控性强，结合紧密等优点，更加有利于载流子传输。
附图说明
图1为实施例1所制备的纳米碳/磷化铟量子点异质结材料的透射电镜图；
图2为实施例1所制备的纳米碳/磷化铟量子点异质结材料的光学吸收谱图；
图3为实施例2所制备的纳米碳/磷化铟量子点异质结材料的拉曼光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
将12mg氧化石墨烯与加入60ml油胺/异丙醇溶液中(V/V＝1：10)超声分散60min，然后在10000rpm转速下离心分离；
将上述油胺功能化的氧化石墨烯、1mmol氯化铟、10ml油胺加入到三口烧瓶中并在氮气保护条件下120℃搅拌加热30min，每隔10min进行抽真空去除水蒸气；待氯化铟完全溶解后升温至220℃，然后将1mmol三(二甲胺基)膦/油胺(V/V＝1:1)溶液注射到氧化石墨烯-氯化铟混合溶液中开始反应；反应20min后实验结束并冷却至室温，将所得产物进行10000rpm离心分离，并用乙醇/氯仿(V/V＝1:1)溶解沉淀并超声分散10min，进行5000rpm离心分离-乙醇/氯仿溶解分散循环处理3次即可得到还原氧化石墨烯/磷化铟量子点异质结材料，其微观形貌如图1所示。可以清楚地看到，磷化铟量子点较均匀地分布在还原氧化石墨烯片上。其吸收光谱如图2所示，由此可知所制备磷化铟量子点的吸收峰在600nm附近。
实施例2
将6mg氧化石墨烯与加入60ml油胺/异丙醇溶液中(V/V＝1：19)超声分散60min，然后在10000rpm转速下离心分离；
将上述油胺功能化的氧化石墨烯、1mmol氯化铟、8ml油胺加入到三口烧瓶中并在氮气保护条件下120℃搅拌加热30min，每隔10min进行抽真空去除水蒸气；待氯化铟完全溶解后升温至240℃，然后将1mmol三(二甲胺基)膦/油胺(V/V＝1:1)溶液注射到氧化石墨烯-氯化铟混合溶液中开始反应；反应10min后实验结束并冷却至室温，将所得产物进行10000rpm离心分离，并用乙醇/氯仿(V/V＝1:1)溶解沉淀并超声分散10min，进行5000rpm离心分离-乙醇/氯仿溶解分散循环处理3次即可得到还原氧化石墨烯/磷化铟量子点异质结材料。其拉曼光谱如图3所示，通过与还原氧化石墨烯相比，可以清晰地看到异质结材料中在低频部分(200～400cm-1)的磷化铟Raman峰。
实施例3
将12mg羧基化碳纳米管与加入60ml油胺/异丙醇溶液中(V/V＝1：4)超声分散60min，然后在10000rpm转速下离心分离；
将上述油胺功能化的碳纳米管、2mmol氯化铟、18ml油胺加入到三口烧瓶中并在氮气保护条件下120℃搅拌加热30min，每隔10min进行抽真空去除水蒸气；待氯化铟完全溶解后升温至200℃，然后将2mmol三(二甲胺基)膦/油胺(V/V＝1:1)溶液注射到氧化石墨烯-氯化铟混合溶液中开始反应；反应60min后实验结束并冷却至室温，将所得产物进行10000rpm离心分离，并用乙醇/氯仿(V/V＝1:1)溶解沉淀并超声分散10min，进行5000rpm离心分离-乙醇/氯仿溶解分散循环处理3次即可得到碳纳米管/磷化铟量子点异质结材料，
实施例4
将6mg羧基化碳纳米管与加入50ml油胺/异丙醇溶液中(V/V＝1：5)超声分散60min，然后在10000rpm转速下离心分离；
将上述油胺功能化的碳纳米管、2mmol氯化铟、20ml油胺加入到三口烧瓶中并在氮气保护条件下120℃搅拌加热30min，每隔10min进行抽真空去除水蒸气；待氯化铟完全溶解后升温至220℃，然后将2mmol三(二甲胺基)膦/油胺(V/V＝1:1)溶液注射到氧化石墨烯-氯化铟混合溶液中开始反应；反应30min后实验结束并冷却至室温，将所得产物进行10000rpm离心分离，并用乙醇/氯仿(V/V＝1:1)溶解沉淀并超声分散10min，进行5000rpm离心分离-乙醇/氯仿溶解分散循环处理3次即可得到碳纳米管/磷化铟量子点异质结材料。

Claims (9)

1.一种纳米碳/磷化铟量子点异质结的制备方法，其特征在于，该方法包括以下两个步骤：
(1)纳米碳功能化
将纳米碳与油胺/异丙醇溶液混合超声处理至分散均匀，然后离心分离出功能化的纳米碳；
(2)异质结材料的制备
将功能化的纳米碳与氯化铟、油胺加入到反应器中并在氮气保护条件下100～200℃搅拌加热10-60min，每隔5-20min进行抽真空去除水蒸气，待氯化铟完全溶解得到纳米碳-氯化铟混合溶液，然后后升温至反应温度，再将三(二甲胺基)膦/油胺溶液注射到纳米碳-氯化铟混合溶液中开始反应并控制反应时间，反应结束冷却至室温，对产物进行离心分离，并加乙醇/氯仿混合溶剂进行溶解、分离，得到纳米碳/磷化铟量子点异质结材料。
2.根据权利要求1所述的一种纳米碳/磷化铟量子点异质结的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的纳米碳为氧化石墨烯或羧基化碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的一种纳米碳/磷化铟量子点异质结的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的油胺/异丙醇溶液中油胺与异丙醇的体积比为1：19～1：4，用量为每毫克纳米碳添加5～10ml油胺/异丙醇溶液。
4.根据权利要求1所述的一种纳米碳/磷化铟量子点异质结的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的离心分离采用的离心机转速大于10000rpm。
5.根据权利要求1所述的一种纳米碳/磷化铟量子点异质结的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的油胺与氯化铟的比例为5～10ml/mmol，所述的纳米碳与氯化铟的摩尔比为(0.25～1)：1。
6.根据权利要求1所述的一种纳米碳/磷化铟量子点异质结的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的反应温度为200～240℃，反应时间为10～60min。
7.根据权利要求1所述的一种纳米碳/磷化铟量子点异质结的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的三(二甲胺基)膦/油胺溶液中三(二甲胺基)膦与油胺的体积比V/V＝1:1。
8.根据权利要求1所述的一种纳米碳/磷化铟量子点异质结的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的三(二甲胺基)膦与氯化铟的摩尔比为1：1。
9.根据权利要求1所述的一种纳米碳/磷化铟量子点异质结的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的乙醇/氯仿混合溶剂中乙醇与氯仿的体积比V/V＝1:1。
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