CN111661875A - 一种氧缺陷型氧化vib族元素量子点的制备方法及其制备的量子点和应用 - Google Patents

一种氧缺陷型氧化vib族元素量子点的制备方法及其制备的量子点和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法及其制备的量子点和应用，包括以下步骤：将VIB族元素硫化物粉末与二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液；将混合溶液超声，得黑色溶液；将黑色溶液搅拌回流得回流溶液；将回流溶液离心取上清液，将上清液加热，洗涤沉淀；将沉淀干燥得到氧缺陷型氧化VIB族元素量子点固体；将固体分散在超纯水中得到氧缺陷型氧化VIB族元素量子点溶液。本发明的氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法，其具有制备过程简易，可大量制备的优点，制备出的氧缺陷型氧化VIB族元素量子点是一种新型纳米材料，可应用在光催化、超级电容器、锂电池信息储存材料和生物医药中。

Description

一种氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法及其制备的 量子点和应用
技术领域
本发明属于新型纳米材料制备技术领域，涉及氧化钨、氧化钼量子点的制备，具体涉及一种氧缺陷型氧化VIB族元素量子点及其制备方法和应用。
背景技术
氧化钨、氧化钼等材料是一种新型的过渡金属氧化物材料，具有独特的物理性质，如光致变色、电致变色、气体敏感性等，因此，过渡金属氧化钼可被应用于各类传感器、电子器件等领域。由于其具有优异的性能，对它的研究和开发利用已备受关注。材料的颗粒尺寸、聚集态结构常常能够调控材料的性能。相对于块体原料，氧化钼量子点具有新颖的光学性能、良好的水分散性、优异的稳定性等，可用于电化学发光、传感器器件等。
虽然氧化钨、氧化钼量子点在诸多领域有着良好的应用前景，但氧化钨、氧化钼量子点合成方法较少，合成条件苛刻，使得氧化钨、氧化钼等VIB族元素量子点的大量生产面临困难。
发明内容：
本发明目的：为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法，本发明提出了一种全新的VIB族元素量子点如钨或钼量子点的制备方法，并且是氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法，解决现有技术中氧化钨、氧化钼量子点或者是氧缺陷型氧化钨、氧化钼量子点合成方法少的问题，并且具有制备过程简易，可大量制备的优点。
本发明还提供一种氧缺陷型氧化VIB族元素量子点和应用，本发明制备出的氧缺陷型氧化钼量子点是一种新型纳米材料，因氧空位的存在，显著改变了材料的能带结构，改善了材料的性能。
技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述一种氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将VIB族元素硫化物粉末与二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液；
(2)将混合溶液超声，得黑色溶液；
(3)将黑色溶液搅拌回流得回流溶液；
(4)将回流溶液离心取上清液，将上清液加热，洗涤沉淀；
(5)将沉淀干燥得到氧缺陷型氧化VIB族元素量子点固体；
(6)将固体分散在超纯水中得到氧缺陷型氧化VIB族元素量子点溶液。
其中，步骤(1)所述VIB族元素为钼或钨；所述VIB族元素硫化物为二硫化钼或者二硫化钨。
作为优选，所述VIB族元素硫化物为二硫化钼或者二硫化钨。
其中，步骤(1)所述将10～60mgVIB族元素硫化物粉末与50mL二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液。
作为优选，将50mg二硫化钨粉末或者40mg二硫化钼粉末与50mL二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液，备用。
其中，步骤(2)所述混合溶液在功率240W条件下超声60～300分钟，得黑色溶液。
作为优选，采用二硫化钨所述混合溶液在功率240W条件下超声80-280分钟，得黑色溶液。更优选地，240W条件下超声240分钟。
采用二硫化钼所述混合溶液在功率240W条件下超声60-300分钟，得黑色溶液。更优选地，240W条件下超声240分钟。
其中，步骤(3)所述黑色溶液在120-160℃和转速在700rpm搅拌条件下回流1～7小时，得回流溶液。
作为优选，采用二硫化钨所述黑色溶液在140℃和搅拌条件下回流2-7小时，得回流溶液。更优选地，140℃和搅拌条件下回流6小时。
作为优选，采用二硫化钼所述黑色溶液在140℃和搅拌条件下回流1-5小时，得回流溶液。更优选地，140℃和搅拌条件下回流4小时。
其中，步骤(4)采用二硫化钨所述回流溶液在1000～6000rpm条件下离心30min，得上清液；上清液在真空条件下50-70℃加热1～6小时，优选60℃，并用超纯水洗涤沉淀。作为优选，所述回流溶液在5000rpm条件下离心30min，得上清液；上清液在真空条件下加热5小时，并用超纯水洗涤沉淀。
其中，步骤(4)采用二硫化钼所述回流溶液在1000～5000rpm条件下离心30min，得上清液；上清液在真空条件下50-70℃加热1～5小时，优选60℃，并用超纯水洗涤沉淀。作为优选，所述回流溶液在5000rpm条件下离心30min，得上清液；上清液在真空条件下加热4小时，并用超纯水洗涤沉淀。
其中，步骤(5)所述沉淀于40～80℃，优选80℃恒温下进行旋转蒸发干燥。
本发明所述的氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法所制备的氧缺陷型氧化VIB族元素量子点。
作为优选，所述氧缺陷型氧化VIB族元素量子点为氧缺陷型氧化钨量子点(WO3- xQDs)或者氧缺陷型氧化钼量子点(MoO3-xQDs)。
本发明所述的氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法所制备的氧缺陷型氧化VIB族元素量子点在在光催化、超级电容器、锂电池信息储存材料和生物医药等相关领域中的应用。
本发明主要是针对目前不容易制备出氧缺陷型氧化钼/钨量子点或者制备方法繁琐提出的一种全新的制备方法。本发明制备出的氧缺陷量子点，虽然属于氧化钨或钼量子点，但是其是新型性能更好的氧缺陷性量子点纳米材料。其氧缺陷可以调控、提高材料性能，可以替代传统的氧化钨或钼量子点材料应用于光催化、电化学发光、生物医药等领域，并且合成方法新颖，且得到的材料水溶性优异，生物相容性好。
有益效果：与现有技术相比本发明具有如下优点：
1、本发明制备出一种氧缺陷型氧化VIB族元素量子点，如氧缺陷型氧化钨量子点(WO3-xQDs)、氧缺陷型氧化钼量子点(MoO3-xQDs)，X-射线光电子能谱表明WO3-xQDs中W为+5/+6价、MoO3-xQDs中Mo为+5/+6价，故为缺陷型。
2、本发明一种全新的氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法，解决现有技术中氧缺陷型的量子点合成方法少的问题，并且具有制备过程简易，可大量制备的优点。
3、本发明制备出的氧缺陷型氧化VIB族元素量子点，是一种新型纳米材料比传统的氧化钨或钼量子点性能更优，本发明所制备的氧缺陷型氧化VIB族元素量子点因氧空位的存在，显著改变了材料的能带结构，改善了材料的性能，所以在光催化、超级电容器、锂电池信息储存材料和生物医药等相关领域都具有重要的应用价值。
附图说明
图1为本发明制备的氧缺陷型氧化钨量子点(WO3-xQDs)的透射电镜图；
图2为本发明制备的氧缺陷型氧化钨量子点(WO3-xQDs)中W4f的高分辨X-射线光电子能谱图；
图3为本发明制备的氧缺陷型氧化钼量子点(MoO3-xQDs)的透射电镜图；
图4为本发明制备的氧缺陷型氧化钼量子点(MoO3-xQDs)中Mo3d的高分辨X-射线光电子能谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
一种氧缺陷型氧化钨量子点(WO3-xQDs)的制备方法，包括以下步骤：
S1、将10mg二硫化钨粉末与50mL二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液；S2、将混合溶液在功率240W条件下超声80分钟，得黑色溶液；S3、将黑色溶液在160℃和700rpm搅拌条件下回流2小时，得回流溶液；S4、将回流溶液在1000rpm条件下离心30min，得上清液；S5、将上清液在真空条件下60℃加热5小时，并用超纯水洗涤沉淀；S6、将沉淀通过旋转蒸发60℃干燥得到氧缺陷型氧化钨量子点固体；S7、将固体分散在超纯水中得到氧缺陷型氧化钨量子点溶液。
实施例2
一种氧缺陷型氧化钨量子点(WO3-xQDs)的制备方法，包括以下步骤：S1、将20mg二硫化钨粉末与50mL二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液；S2、将混合溶液在功率240W条件下超声120分钟，得黑色溶液；S3、将黑色溶液在140℃和700rpm搅拌条件下回流3小时，得回流溶液；S4、将回流溶液在2000rpm条件下离心30min，得上清液；S5、将上清液在真空条件下70℃加热2小时，并用超纯水洗涤沉淀；S6、将沉淀通过旋转蒸发80℃干燥得到氧缺陷型氧化钨量子点固体；S7、将固体分散在超纯水中得到氧缺陷型氧化钨量子点溶液。
实施例3
一种氧缺陷型氧化钨量子点(WO3-xQDs)的制备方法，包括以下步骤：S1、将30mg二硫化钨粉末与50mL二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液；S2、将混合溶液在功率240W条件下超160分钟，得黑色溶液；S3、将黑色溶液在140℃和700rpm搅拌条件下回流4小时，得回流溶液；S4、将回流溶液在3000rpm条件下离心30min，得上清液；S5、将上清液在真空条件下60℃加热3小时，并用超纯水洗涤沉淀；S6、将沉淀通过旋转蒸发60℃干燥得到氧缺陷型氧化钨量子点固体；S7、将固体分散在超纯水中得到氧缺陷型氧化钨量子点溶液。
实施例4
一种氧缺陷型氧化钨量子点(WO3-xQDs)的制备方法，包括以下步骤：S1、将40mg二硫化钨粉末与50mL二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液；S2、将混合溶液在功率240W条件下超声200分钟，得黑色溶液；S3、将黑色溶液在140℃和700rpm搅拌条件下回流5小时，得回流溶液；S4、将回流溶液在4000rpm条件下离心30min，得上清液；S5、将上清液在真空条件下60℃加热4小时，并用超纯水洗涤沉淀；S6、将沉淀通过旋转蒸发40℃干燥得到氧缺陷型氧化钨量子点固体；S7、将固体分散在超纯水中得到氧缺陷型氧化钨量子点溶液。
实施例5
一种氧缺陷型氧化钨量子点(WO3-xQDs)的制备方法，包括以下步骤：S1、将50mg二硫化钨粉末与50mL二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液；S2、将混合溶液在功率240W条件下超声240分钟，得黑色溶液；S3、将黑色溶液在140℃和700rpm搅拌条件下回流6小时，得回流溶液；S4、将回流溶液在5000rpm条件下离心30min，得上清液；S5、将上清液在真空条件下60℃加热5小时，并用超纯水洗涤沉淀；S6、将沉淀通过旋转蒸发60℃干燥得到氧缺陷型氧化钨量子点固体；S7、将固体分散在超纯水中得到氧缺陷型氧化钨量子点溶液。
实施例5制备的氧缺陷型氧化钨量子点(WO3-xQDs)的透射电镜图以及W4f的高分辨X-射线光电子能谱图分别如图1和图2所示。图1和2证明本发明成功合成了氧缺陷型氧化钨量子点。
实施例6
一种氧缺陷型氧化钨量子点(WO3-xQDs)的制备方法，包括以下步骤：S1、将60mg二硫化钨粉末与50mL二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液；S2、将混合溶液在功率240W条件下超声280分钟，得黑色溶液；S3、将黑色溶液在120℃和700rpm搅拌条件下回流7小时，得回流溶液；S4、将回流溶液在6000rpm条件下离心30min，得上清液；S5、将上清液在真空条件下50℃加热6小时，并用超纯水洗涤沉淀；S6、将沉淀通过旋转蒸发60℃干燥得到氧缺陷型氧化钨量子点固体；S7、将固体分散在超纯水中得到氧缺陷型氧化钨量子点溶液。
实施例7
一种氧缺陷型氧化钼量子点(MoO3-xQDs)的制备方法，包括以下步骤：S1、将10mg二硫化钼粉末与50mL二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液；S2、将混合溶液在功率240W条件下超声1小时，得黑色溶液；S3、将黑色溶液在160℃和700rpm搅拌条件下回流1小时，得回流溶液；S4、将回流溶液在1000rpm条件下离心30min，得上清液；S5、将上清液在真空条件下70℃加热1小时，并用超纯水洗涤沉淀；S6、将沉淀通过旋转蒸发60℃干燥得到氧缺陷型氧化钼量子点固体；S7、将固体分散在超纯水中得到氧缺陷型氧化钼量子点溶液。
实施例8
一种氧缺陷型氧化钼量子点(MoO3-xQDs)的制备方法，包括以下步骤：S1、将20mg二硫化钼粉末与50mL二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液；S2、将混合溶液在功率240W条件下超声2小时，得黑色溶液；S3、将黑色溶液在140℃和700rpm搅拌条件下回流2小时，得回流溶液；S4、将回流溶液在2000rpm条件下离心30min，得上清液；S5、将上清液在真空条件下60℃加热2小时，并用超纯水洗涤沉淀；S6、将沉淀通过旋转蒸发80℃干燥得到氧缺陷型氧化钼量子点固体；S7、将固体分散在超纯水中得到氧缺陷型氧化钼量子点溶液。
实施例9
一种氧缺陷型氧化钼量子点(MoO3-xQDs)的制备方法，包括以下步骤：S1、将30mg二硫化钼粉末与50mL二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液；S2、将混合溶液在功率240W条件下超声3小时，得黑色溶液；S3、将黑色溶液在140℃和700rpm搅拌条件下回流3小时，得回流溶液；S4、将回流溶液在3000rpm条件下离心30min，得上清液；S5、将上清液在真空条件下60℃加热3小时，并用超纯水洗涤沉淀；S6、将沉淀通过旋转蒸发60℃干燥得到氧缺陷型氧化钼量子点固体；S7、将固体分散在超纯水中得到氧缺陷型氧化钼量子点溶液。
实施例10
一种氧缺陷型氧化钼量子点(MoO3-xQDs)的制备方法，包括以下步骤：S1、将40mg二硫化钼粉末与50mL二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液；S2、将混合溶液在功率240W条件下超声4小时，得黑色溶液；S3、将黑色溶液在140℃和700rpm搅拌条件下回流4小时，得回流溶液；S4、将回流溶液在1000～5000rpm条件下离心30min，得上清液；S5、将上清液在真空条件下60℃加热4小时，并用超纯水洗涤沉淀；S6、将沉淀通过旋转蒸发60℃干燥得到氧缺陷型氧化钼量子点固体；S7、将固体分散在超纯水中得到氧缺陷型氧化钼量子点溶液。
实施例10制备的氧缺陷型氧化钼量子点(MoO3-xQDs)的透射电镜图以及Mo3d的高分辨X-射线光电子能谱图分别如图3和图4所示。图3和4证明本发明成功合成了氧缺陷型氧化钼量子点。
实施例11
一种氧缺陷型氧化钼量子点(MoO3-xQDs)的制备方法，包括以下步骤：S1、将50mg二硫化钼粉末与50mL二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液；S2、将混合溶液在功率240W条件下超声5小时，得黑色溶液；S3、将黑色溶液在120℃和700rpm搅拌条件下回流5小时，得回流溶液；S4、将回流溶液在5000rpm条件下离心30min，得上清液；S5、将上清液在真空条件下50℃加热5小时，并用超纯水洗涤沉淀；S6、将沉淀通过旋转蒸发干燥40℃得到氧缺陷型氧化钼量子点固体；S7、将固体分散在超纯水中得到氧缺陷型氧化钼量子点溶液。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将VIB族元素硫化物粉末与二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液；
(2)将混合溶液超声，得黑色溶液；
(3)将黑色溶液搅拌回流得回流溶液；
(4)将回流溶液离心取上清液，将上清液加热，洗涤沉淀；
(5)将沉淀干燥得到氧缺陷型氧化VIB族元素量子点固体；
(6)将固体分散在超纯水中得到氧缺陷型氧化VIB族元素量子点溶液。
2.根据权利要求1所述氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述VIB族元素为钼或钨；所述VIB族元素硫化物为二硫化钼或者二硫化钨。
3.根据权利要求1所述氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述将10～60mgVIB族元素硫化物粉末与50mL二甲基甲酰胺混合，形成混合溶液。
4.根据权利要求1所述氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合溶液优选在功率240W条件下超声60～300分钟，得黑色溶液。
5.根据权利要求1所述氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述黑色溶液在120-160℃和搅拌条件下回流1～7小时，得回流溶液。
6.根据权利要求1所述氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述回流溶液在1000～6000rpm条件下离心30min，得上清液；上清液在真空条件下50-70℃加热1～6小时，并用超纯水洗涤沉淀。
7.根据权利要求1所述氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述沉淀于40～80℃恒温下进行旋转蒸发干燥。
8.一种权利要求1所述的氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法所制备的氧缺陷型氧化VIB族元素量子点。
9.根据权利要求8所述的氧缺陷型氧化VIB族元素量子点，其特征在于，所述氧缺陷型氧化VIB族元素量子点为氧缺陷型氧化钨量子点(WO3-xQDs)或者氧缺陷型氧化钼量子点(MoO3-xQDs)。
10.一种权利要求1所述的氧缺陷型氧化VIB族元素量子点的制备方法所制备的氧缺陷型氧化VIB族元素量子点在光催化、超级电容器、锂电池信息储存材料和生物医药中的应用。
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