CN110616072A - 一种InP量子点的后处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种InP量子点的后处理方法,包括步骤:提供含InP量子点、配体溶剂和非配体溶剂的混合液;向所述混合液中通入气体X2,使X与所述InP量子点表面的P结合,并引起InP量子点表面的In和P发生重组,消除了所述InP量子点表面的表面缺陷,从而可以大大提高InP量子点的发光效率,并且本制备方法不影响后续壳的生长。
Description
技术领域
本发明涉及量子点材料领域,尤其涉及一种InP量子点的后处理方法。
背景技术
量子点,又称胶体纳米晶,是一种粒径在1~20 nm范围内的无机半导体发光材料。由于其粒径小于或接近激子的波尔半径,因此连续的能级分裂成不连续的能级,使其具有优良的发光性能,如量子点具有激发波长可调、半峰宽窄、发光效率高、光稳定性强等优点,在显示、生物标记、催化、太阳能电池等领域具有广泛的商用价值。
目前,以InP为代表的III-VI族环境友好型的量子点,在合成技术取得了长足发展。通常所制备的InP核的发光效率低于1%,为提高InP核的发光效率,可进一步采用后处理方式,对InP核进行HF酸表面蚀刻处理,经处理后的量子点可以在一定程度上消除核表面的缺陷,提高其发光效率。但是,HF酸作为一种具有强烈腐蚀性的酸,不仅危害大,且对制备操作条件提出了较高要求;另一方面,HF酸蚀刻后的量子点表面的配体会大量脱落,量子点表面容易被氧化,而形成的氧化物层不利于后续壳层的生长。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种InP量子点的后处理方法,旨在解决“现有技术的InP量子点制备过程中,后处理操作不方便并且影响InP量子点表面的壳的生长”的问题。
本发明的技术方案如下:
一种InP量子点的后处理方法,包括步骤:提供含InP量子点、配体溶剂和非配体溶剂的混合液;向所述混合液中通入气体X2,使X与所述InP量子点表面的P结合,并引起InP量子点表面的In和P发生重组。
有益效果:本发明提供了一种如上所述的InP量子点的后处理方法,通过向含InP量子点的混合溶液中通入气体X2来消除InP量子点的表面缺陷,大大提高了InP量子点的发光效率,并且本制备方法不影响后续壳的生长,解决了传统的HF后处理方法所产生的负面效果。
具体实施方式
本发明提供了一种InP量子点的后处理方法,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明提供的InP量子点的后处理方法,包括步骤:
提供含InP量子点、配体溶剂和非配体溶剂的混合液;
向所述混合液中通入气体X2,使X与所述InP量子点表面的P结合,并引起InP量子点表面的In和P发生重组。
优选的,所述气体X2选自氢气、氟气、氯气、溴气和碘气中的一种或多种。离子交换反应的前提是:交换和被交换的离子的半径要相近,因此本发明的气体X2的重要选择原则为:X离子半径与P离子半径相差较大。例如氢离子半径较小,卤素离子半径较大,均与InP中磷离子半径相差较大,因此,当向反应液中通入气体X2时,均不会与InP核表面的P原子发生离子交换反应。发生的反应为:X与InP量子点表面的P结合,例如,卤素与P结合生成PX3和/或PX5,氢气与P结合生成PX3气体,生成的副产物与InP量子点分离,使得量子点表面的In和P原子发生重组,从而消除了所述InP量子点表面的缺陷,大大提高了InP量子点的发光效率。
优选的,所述气体为氢气,相比卤素,氢的活性更好,有利于H与P的结合,并且生成的PH3气体可以自动逸出,有利于正向化学反应的进行。
优选的,通入气体X2后,将体系加热至150℃-300℃,反应时间优选为5min~24 h,此条件下可充分钝化InP量子点表面的缺陷态P。
进一步地,加热温度优选为:180-250℃。高温有利于提高X的活性,并且可以促使生成的副产物PX3和/或PX5的挥发,提高反应效率。但是过高的温度会影响反应转化率。
具体地,InP量子点的制备方法已经很成熟,本发明提供了一种较佳实施例:将铟前驱体(例如醋酸铟、硝酸铟等)分散于配体溶剂和非配体溶剂的混合液中,在保护气氛下于170-230℃充分反应,然后升温至270-330℃,加入磷前驱体溶液(由磷前驱体溶于配体溶剂和非配体溶剂的混合液中形成),反应5min以上。然后采用正己烷溶解,乙醇进行沉淀,然后离心分离,并进行干燥,得到InP量子点。
优选的,在所述InP量子点中掺杂金属元素,如Zn、Ga、Mg、Al等元素中的一种或多种。杂质金属离子可以在不改变InP带隙的情况下增大量子核的体积,对熟化过程具有稳定作用,从而有助于获得尺寸相对均匀的核,获得的量子点的吸收谱半峰宽更窄。
优选的,本发明在上述后处理步骤之后,还包括步骤:向反应后的体系中,加入壳层生长所需的前驱体,反应得到表面包覆壳层的InP量子点。
优选地,所述壳层的化合物具有比InP大的能带间隙,例如采用GaP和/或ZnSexS1-x作为壳层,其中,0≤x≤1。
通过包覆壳层以及采用比InP能带间隙大的材料,可进一步提高InP核量子点的发光效率。
具体地,上述制备壳的过程中,加入壳层生长所需的前驱体前,将气氛改为保护气氛,例如N2,并将溶液升温至270-330℃反应完全,优选300℃反应1 h。所述配体溶剂选自油酸、C4~C20的烷基酸、三辛基膦、三丁基膦、氧化三辛基膦、已基膦酸、油胺、乙胺、三乙基胺、丙胺、三丙胺、丁胺、三丁胺、戊胺、三戊胺、正己胺、三己胺、庚胺、辛胺、三辛胺、二正辛胺、癸胺、十二胺、三月桂胺、十四胺、十六胺、十八胺、双十八烷基胺中的一种或多种。
所述非配体溶剂选自烯烃、烷烃、醚烃、芳香族化合物中的一种或多种。
具体地,合成GaP的前驱体包括镓前驱体和磷前驱体,其中,所述镓前驱体选自油酸镓、十四烷酸镓、十六烷酸镓和十八烷酸中的一种或多种;所述磷前驱体选自三(三甲硅烷基)磷,三(二甲胺基)磷,二乙氨基磷中的一种或多种。
具体地,合成ZnSexS1-x的前驱体包括硫前驱体、硒前驱体和锌前驱体,其中,所述硫前驱体选自硫化三辛基膦、硫化三丁基、硫十八烯、1-辛醇、己硫醇、癸硫醇、十二硫醇、十六硫醇和八硫醇中的一种或多种;所述硒前驱体选自硒化三辛基膦、硒化三丁基膦、硒十八烯和硒化三苯基膦中的一种或多种;所述锌前驱体选自油酸锌、硬脂酸锌、十酸锌、十一烯酸锌,十二烷酸锌和十六烷酸锌中的一种或多种。
本发明通过通入气体X2消除InP量子点表面的缺陷,然后再进一步在InP量子点表面生长壳,大大提高了InP量子点的发光效率。
采用上述后处理方法和生长壳层的方法,可制得发光效率较高的表面包覆有壳层的InP量子点,所述壳层为GaP和/或ZnSexS1-x,其中,0≤x≤1。相比传统的离子型II-VI族元素量子点,本核壳结构的量子点不含重金属元素、绿色环保,其中In和P之间通过共价键相互作用。并且InP量子点表面的缺陷态大大减少,显著提高了量子点的发光效率。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1 InP/ZnS核壳量子点的制备(采用H2钝化)
(1)称取0.2 mmol 醋酸铟,0.8 mmol十六烷酸,4 g十八烯置于三口烧瓶中,在氮气气氛下升温至200℃。待保温30 mins后,继续升温至300℃,将0.1 mmol 三(三甲基硅基)膦、1.2 mmol正辛胺和0.5 ml 十八烯混合液注入到上述混合液中,并于该温度下反应10mins。待反应结束后,将产物通过正己烷进行溶解,乙醇进行沉淀,然后分离除去上清液,重复3次,再干燥,得到InP量子点。
(2)将步骤(1)得到的InP量子点、5 ml 十八烯、0.5 ml 油酸置于50 ml三口烧瓶中,然后通入H2,升温至200 ℃,恒温反应20 mins,待反应结束后,将气体气氛转换为N2,然后升温至300 ℃,再加入2 mmol油酸锌和1.2 mmol 硫化三辛基膦,反应1 h。
反应结束后自然降温至室温,产物通过氯仿进行溶解,甲醇进行沉淀,然后离心分离除去上清液,重复3次,并将最终的产物置于真空烘箱下干燥,得到InP/ZnS核壳量子点。
实施例2 InP/ZnS核壳量子点的制备(采用Cl2钝化)
(1)称取0.2 mmol 醋酸铟,0.8 mmol十六烷酸,4 g十八烯置于三口烧瓶中,在氮气气氛下升温至200℃。待保温30 mins后,继续升温至300℃,将0.1 mmol 三(三甲基硅基)膦、1.2 mmol正辛胺和0.5 ml 十八烯混合液注入到上述混合液中,并于该温度下反应10mins。待反应结束后,将产物通过正己烷进行溶解,乙醇进行沉淀,然后分离除去上清液,重复3次,再干燥,得到InP量子点。
(2)将步骤(1)得到的InP量子点、5 ml 十八烯、0.5 ml 油酸置于50 ml三口烧瓶中,然后通入Cl2,升温至200 ℃,恒温反应20 mins,待反应结束后,将气体气氛转换为N2,然后升温至300 ℃,再加入2 mmol油酸锌和1.2 mmol 硫化三辛基膦,反应1 h。
反应结束后自然降温至室温,产物通过氯仿进行溶解,甲醇进行沉淀,然后离心分离除去上清液,重复3次,并将最终的产物置于真空烘箱下干燥,得到InP/ZnS核壳量子点。
实施例3 InP/ZnS核壳量子点的制备(采用Br2钝化)
(1)称取0.2 mmol 醋酸铟,0.8 mmol十六烷酸,4 g十八烯置于三口烧瓶中,在氮气气氛下升温至200℃。待保温30 mins后,继续升温至300℃,将0.1 mmol 三(三甲基硅基)膦、1.2 mmol正辛胺和0.5 ml 十八烯混合液注入到上述混合液中,并于该温度下反应10mins。待反应结束后,将产物通过正己烷进行溶解,乙醇进行沉淀,然后分离除去上清液,重复3次,再干燥,得到InP量子点。
(2)将步骤(1)得到的InP量子点、5 ml 十八烯、0.5 ml 油酸置于50 ml三口烧瓶中,然后通入Br2,升温至200 ℃,恒温反应20 mins,待反应结束后,将气体气氛转换为N2,然后升温至300 ℃,再加入2 mmol油酸锌和1.2 mmol 硫化三辛基膦,反应1 h。
反应结束后自然降温至室温,产物通过氯仿进行溶解,甲醇进行沉淀,然后离心分离除去上清液,重复3次,并将最终的产物置于真空烘箱下干燥,得到InP/ZnS核壳量子点。
实施例4 InP:Al/ZnS核壳量子点的制备(核掺杂Al,采用H2钝化)
(1)称取0.2 mmol 醋酸铟,0.1 mmol 异丙醇铝,0.8 mmol十六烷酸,4 g十八烯置于三口烧瓶中,在氮气气氛下升温至200℃。待保温30 mins后,继续升温至300℃,将0.1 mmol三(三甲基硅基)膦、1.2 mmol正辛胺和0.5 ml 十八烯混合液注入到上述混合液中,并于该温度下反应10 mins。待反应结束后,将产物通过正己烷进行溶解,乙醇进行沉淀,然后分离除去上清液,重复3次,再干燥,得到InP:Al量子点。
(2)将步骤(1)得到的InP:Al量子点、5 ml 十八烯、0.5 ml 油酸置于50 ml三口烧瓶中,然后通入H2,升温至200 ℃,恒温反应20 mins,待反应结束后,将气体气氛转换为N2,然后升温至300 ℃,再加入2 mmol油酸锌和1.2 mmol 硫化三辛基膦,反应1 h。
反应结束后自然降温至室温,产物通过氯仿进行溶解,甲醇进行沉淀,然后离心分离除去上清液,重复3次,并将最终的产物置于真空烘箱下干燥,得到InP:Al/ZnS核壳量子点。
实施例5 InP:Mg/ZnS核壳量子点的制备(核掺杂Mg,采用H2钝化)
(1)称取0.2 mmol 醋酸铟,0.1 mmol油酸镁,0.8 mmol十六烷酸,4 g十八烯置于三口烧瓶中,在氮气气氛下升温至200℃。待保温30 mins后,继续升温至300℃,将0.1 mmol 三(三甲基硅基)膦、1.2 mmol正辛胺和0.5 ml 十八烯混合液注入到上述混合液中,并于该温度下反应10 mins。待反应结束后,将产物通过正己烷进行溶解,乙醇进行沉淀,然后分离除去上清液,重复3次,再干燥,得到InP:Mg量子点。
(2)将步骤(1)得到的InP: Mg量子点、5 ml 十八烯、0.5 ml 油酸置于50 ml三口烧瓶中,然后通入H2,升温至200 ℃,恒温反应20 mins,待反应结束后,将气体气氛转换为N2,然后升温至300 ℃,再加入2 mmol油酸锌和1.2 mmol 硫化三辛基膦,反应1 h。
反应结束后自然降温至室温,产物通过氯仿进行溶解,甲醇进行沉淀,然后离心分离除去上清液,重复3次,并将最终的产物置于真空烘箱下干燥,得到InP:Mg/ZnS核壳量子点。
综上所述,本发明提供了一种InP量子点的后处理方法,本发明改进了传统的后处理方法,具体是:向含InP量子点的混合溶液中通入气体X2,使X与InP量子点表面的P结合,并引起量子点表面的In和P原子发生重组,从而消除了InP量子点表面的缺陷,大大提高了InP量子点的发光效率,并且本制备方法不影响后续壳的生长,解决了传统的HF后处理方法所产生的负面效果。本方法制备的量子点不含重金属元素、绿色环保,而且量子点的发光效率高。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种InP量子点的后处理方法,其特征在于,包括步骤:
提供含InP量子点、配体溶剂和非配体溶剂的混合液;
向所述混合液中通入气体X2,使X与所述InP量子点表面的P结合,并引起InP量子点表面的In和P发生重组。
2.根据权利要求1所述的InP量子点的后处理方法,其特征在于,还包括步骤:向反应后的体系中,加入壳层生长所需的前驱体,反应得到表面包覆壳层的InP量子点。
3.根据权利要求1所述的InP量子点的后处理方法,其特征在于,在所述提供含InP量子点、配体溶剂和非配体溶剂的混合液的步骤中,所述InP量子点中掺杂有金属元素。
4.根据权利要求3所述的InP量子点的后处理方法,其特征在于,所述金属元素选自Zn、Ga、Mg和Al中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的InP量子点的后处理方法,其特征在于,所述配体溶剂选自油酸、C4~C20的烷基酸、三辛基膦、三丁基膦、氧化三辛基膦、已基膦酸、油胺、乙胺、三乙基胺、丙胺、三丙胺、丁胺、三丁胺、戊胺、三戊胺、正己胺、三己胺、庚胺、辛胺、三辛胺、二正辛胺、癸胺、十二胺、三月桂胺、十四胺、十六胺、十八胺和双十八烷基胺中的一种或多种;
和/或所述非配体溶剂选自烯烃、烷烃、醚烃和芳香族化合物中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的InP量子点的后处理方法,其特征在于,所述气体X2选自氢气、氟气、氯气、溴气和碘气中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的InP量子点的后处理方法,其特征在于,所述气体X2为氢气。
8.根据权利要求1所述的InP量子点的后处理方法,其特征在于,反应的条件为:反应温度为150~300℃;和/或反应时间为5min~24 h。
9.根据权利要求2所述的InP量子点的后处理方法,其特征在于,组成所述壳层的化合物具有比InP大的能带间隙。
10.根据权利要求9所述的InP量子点的后处理方法,其特征在于,组成所述壳层的化合物为GaP和/或ZnSexS1-x,其中,0≤x≤1。
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