JP2020510674A - 量子ドット製造用ホスフィン前駆体およびそれから製造される量子ドット - Google Patents

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Abstract

本発明は、量子ドット製造用ホスフィン前駆体およびそれから製造される量子ドットに関するものである。本発明の量子ドット製造用ホスフィン前駆体を用いると、発光効率が改善され、発光色純度がより高い量子ドットを提供することができる。

Description

[関連出願との相互引用]
本出願は、2017年3月3日付韓国特許出願第10−2017−0027887号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれている。
本発明は、量子ドット製造用ホスフィン前駆体およびそれから製造される量子ドットに関する。
量子ドット(quantum dot,QD)と呼ばれるナノ結晶は、数ナノ〜数十ナノの大きさの結晶構造を有する物質であり、数百〜数千個の原子で構成されており、このような特有の結晶構造および粒子の大きさによって元来物質が有する物質自体の固有の特性とは異なる独特の電気的、磁気的、光学的、化学的、機械的な特性を有する。また、ナノ結晶の大きさを調整することによって上記した特性の調整が可能になる。このような特性によって量子ドットは、次世代発光ダイオード(light emitting diode,LED)、有機/無機ハイブリッド電気発光素子、無機電気発光素子、太陽電池、トランジスタなどの各種素子への適用の可能性により注目を集めている。
量子ドットにおいて優れた発光スペクトルを確保するためには高い発光効率と優れた色純度を有することが求められるが、色純度は半値幅(full width at half maximum,FWHM)が狭いほど優れると評価され、量子ドットの結晶の大きさが一定であるほど、すなわち、均一な大きさの結晶を有するほど狭い半値幅を示す。
量子ドットは、特に従来の有機物発光体に比べて発光効率と色再現率が高いため、次世代発光素子として脚光を浴びており、その中でも周期表上のII−VI族化合物を用いた量子ドットが高い発光効率と発光領域を有して最も多くの研究が進められている。
InP量子ドットは、可視光線から近赤外線の領域まで広範囲な発光領域を有する代表的なIII−V族量子ドットである。しかし、一般的にInP量子ドットは、CdSe系の量子ドットに比べて、多少低い発光効率と比較的低い色純度を示し、向上した発光効率を有するInP量子ドットを製造するために多くの研究が進められてきた。
InP量子ドットは、リン(phosphorus)前駆体とインジウム(indium)前駆体を反応させて製造するが、この中でリンのソースになる前駆体としてはホスフィン化合物であるTMSP(tris(trimethylsilyl)phosphine)を用いることが一般的である。
しかし、TMSPは、空気中での爆発の危険性が大きく、致命的な毒性を含有しており、TMSPから公知の方法で製造されるInP量子ドットは十分に競争力のある色純度を示すとは言えず、TMSPの代替としてより狭い半値幅を有する量子ドットを製造することができ、工程時の安定性が確保されたリン前駆体の開発が求められている。
韓国登録特許第1043311号ではTMSPを代替するリン前駆体としてトリス(ジメチルターシャリブチルシリル)ホスフィン(tris(dimethyl tert−butyl)silyl phosphine,P(SiMe−tert−Bu))を用いたInP量子ドットの製造方法を開示している。
しかし、前記トリス(ジメチルターシャリブチルシリル)ホスフィンは、TMSPと同様に中心原子であるリン(P)に三つの同じリガンド(ジメチルターシャリブチルシリル基)を導入した3次ホスフィン(tertiary phosphine)構造であり、TMSPを用いて製造した量子ドットに比べて半値幅が減少する効果が殆どないためTMSPの代替としては充分でなく、より高い色純度を有する量子ドットを製造できる前駆体が求められる。
前記のような課題を解決するために、本発明の目的は、より均一な結晶の大きさを有し、高い色純度を示す量子ドットの製造を可能にする新規のホスフィン前駆体およびそれから製造される量子ドットを提供することにある。
前記のような問題を解決するために本発明の一の側面は、下記化学式1で表される量子ドット製造用ホスフィン前駆体を提供する。
本発明の他の一側面は、前記ホスフィン前駆体の製造方法を提供する。
本発明の他の一側面は、前記ホスフィン前駆体を含む量子ドット製造用前駆体組成物を提供する。
本発明のまた他の一側面は、前記ホスフィン前駆体から製造される量子ドットを提供する。
本発明のまた他の一側面は、前記ホスフィン前駆体1種以上を用いて量子ドットを製造する方法を提供する。
本発明による量子ドット製造用ホスフィン前駆体は、従来にInP量子ドットを製造するために一般的に用いられるTMSPとは異なり、シリルリガンドを二つ以下で含み、前記シリルリガンドに連結された多様な置換基によって他の前駆体との反応速度を調整することで、より均一な結晶の大きさを有する量子ドットの製造を可能にする。
したがって、本発明の前駆体を用いると、発光効率が改善され、発光色純度がより高い量子ドットを提供することができる。
本発明の実施例および比較例による量子ドットの発光特性を示すグラフである。 本発明の実施例および比較例による量子ドットの吸光特性を示すグラフである。
本発明は多様な変更を加えることができ、様々な形態を有することができるため、特定の実施例を例示して下記で詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものとして理解しなければならない。
以下、本発明の量子ドット製造用ホスフィン前駆体およびそれから製造される量子ドットについてより詳細に説明する。
I.ホスフィン前駆体およびその製造方法
本発明の一実施例による量子ドット製造用ホスフィン前駆体は、下記化学式1で表される。
量子ドット(quantum dot,QD)と呼ばれるナノ結晶は、数ナノ〜数十ナノの大きさの結晶構造を有する物質であり、数百〜数千個の原子で構成されており、特有の結晶構造および粒子の大きさによって元来物質が有する物質自体の固有の特性とは異なる独特の電気的、磁気的、光学的、化学的、機械的な特性を有する。また、ナノ結晶の大きさを調整することによって上記した特性の調整が可能になる。
量子ドットは、同じ物質で作られてもナノ結晶の大きさによって放出する光の色相が変わる。このような特性によって量子ドットは、次世代発光ダイオード(light emitting diode,LED)、有無機ハイブリッド電気発光素子、無機電気発光素子、太陽電池、トランジスタなどの各種素子への適用の可能性が大きいため、多くの注目を集めている。
量子ドットにおいて優れた発光スペクトルを確保するためには高い発光効率と優れた色純度を有することが求められるが、色純度は半値幅(full width at half maximum,FWHM)が狭いほど優れると評価され、量子ドットの結晶の大きさが一定であるほど、すなわち、均一な大きさの結晶を有するほど狭い半値幅を示す。
量子ドットの結晶の大きさを調整する因子(factor)は、反応温度、反応時間など多様であるが、そのうち一つが量子ドットを製造するための前駆体の間の反応速度を調整することである。
この時、一般的には前駆体の反応性が低いほど、すなわち反応速度が遅いほど均一な分布の結晶の大きさを有する量子ドットが生成されると知られている。しかし、本発明の発明者らによれば、前駆体の反応性が低いほど必ずしもこれに比例して均一な大きさの量子ドットが生成されるものではなく、前駆体の構造的特徴によって予測できない多様な特性を有する量子ドットが製造され得ることを確認し、これに基づいて本発明を完成した。
より具体的に、量子ドットの結晶の大きさの分布は、前駆体に連結された各リガンドの構造、および前駆体全体としての有機的特性によって変わるものと見られ、算術的に単に予測されないことが示された。
そこで、本発明の発明者らは、量子ドット製造のための多様なホスフィン前駆体を用いて量子ドットを製造し、製造された量子ドットの物理的、光学的特性などを評価した結果、下記化学式1のようなホスフィン前駆体によって優れた発光効率と色純度を有する量子ドットを提供できることを確認した。
前記化学式1の量子ドット製造用ホスフィン前駆体は、1次ホスフィン(primary phosphine)または2次ホスフィン(secondary phosphine)の特徴を有するものであり、量子ドット製造用前駆体の用途として知られたことのない新規な用途の化合物である。
すなわち、リン(P)のリガンドのうち一つは水素であり、残りの二つのリガンド(Q,Q)のうち一つ以上がアルキル、アリール、アルキルアリールまたはアリールアルキルのような多様な炭化水素基に置換されたシリルリガンドであることを特徴とする。前記シリルリガンドに連結された置換基の種類によって全体前駆体のバルキーの程度(bulkiness)が多様に調整され、これによって量子ドット製造のための他の前駆体との反応において反応性が変わる。
すなわち、前記化学式1の量子ドット製造用ホスフィン前駆体は、従来に知られていたTMSPのようにリン(P)に同じ構造の三つのリガンドを含むものではなく、一つは必ず水素であり、残りの二つのうち一つまたは二つのリガンドがシリル基である構造で、中心原子であるリン(P)に対して非対称的なリガンド構造を示し、このような非対称構造が複合的な反応性を示す。
また、本発明の化学式1の量子ドット製造用ホスフィン前駆体は、3次ホスフィンであるTMSPよりはやい反応速度を示し、そのため、従来のTMSPを用いる場合より低い温度で量子ドットの製造が可能になる。
前記化学式1において、QおよびQは、互いに同一または異なり、また、QおよびQのうちいずれか一つは水素であり得る。
前記化学式1において、QおよびQのうちいずれか一つが水素であるとき、前記化学式1のホスフィン前駆体は、2次ホスフィンである特徴を有し、QおよびQがいずれも水素ではない場合、前記化学式1のホスフィン前駆体は1次ホスフィンの特徴を有する。
前記化学式1において、好ましくは、前記R〜Rはそれぞれ独立して炭素数1〜6の直鎖アルキル、炭素数3〜6の分枝鎖アルキル、または炭素数6〜12のアリールであり得る。
より好ましくは、前記R〜Rはそれぞれ独立してメチル、エチル、n−プロピル、iso−プロピル、n−ブチル、tert−ブチル、iso−ブチル、またはフェニルであり得る。
本発明の一実施例によれば、前記化学式1の化合物は、下記化学式1−1で表される化合物であり得る。
前記化学式1−1において、
’〜R’は、それぞれ独立して同一または異なって水素、炭素数1〜20の直鎖または分枝鎖アルキル、炭素数6〜30のアリール、炭素数7〜30のアルキルアリール、または炭素数7〜30のアリールアルキルであり、R’〜R’がいずれも水素である場合は除く。
前記化学式1−1において好ましくは、前記R’〜R’は、それぞれ独立して炭素数1〜6の直鎖アルキル、炭素数3〜6の分枝鎖アルキル、または炭素数6〜12のアリールであり得る。
より好ましくは、前記R’〜R’は、それぞれ独立してメチル、エチル、n−プロピル、iso−プロピル、n−ブチル、tert−ブチル、iso−ブチル、またはフェニルであり得る。
本発明の一実施例によれば、前記化学式1の化合物は、下記化学式1−2で表される化合物であり得る。
前記化学式1−2において、
”〜R”は、それぞれ独立して同一または異なって水素、炭素数1〜20の直鎖または分枝鎖アルキル、炭素数6〜30のアリール、炭素数7〜30のアルキルアリール、または炭素数7〜30のアリールアルキルであり、R”〜R”がいずれも水素である場合は除く。
前記化学式1−2において好ましくは、前記R”〜R”は、それぞれ独立して炭素数1〜6の直鎖アルキル、炭素数3〜6の分枝鎖アルキル、または炭素数6〜12のアリールであり得る。
より好ましくは、前記R”〜R”は、それぞれ独立してメチル、エチル、n−プロピル、iso−プロピル、n−ブチル、tert−ブチル、iso−ブチル、またはフェニルであり得る。
本発明の一実施例によれば、化学式1の化合物は、下記構造式からなる群より選ばれることもできる。
前記化学式1の量子ドット製造用ホスフィン前駆体は、シリルトリフラート化合物とホスフィン(PH)、またはシリルトリフラート化合物と1次ホスフィン化合物を反応させて製造することができる。
より具体的に、本発明の一実施例による前記化学式1の量子ドット製造用ホスフィン前駆体の製造方法は、
シリルトリフラート化合物、ハロゲン化炭化水素、および3次アミンの混合物を製造する段階;および
前記混合物にホスフィンを添加する段階を含む。
前記製造方法を具体的な反応式で表すと、次の反応式1のとおりである:
前記反応式1において、
は、前記化学式1において定義したとおりであり(ただし、Qが水素である場合は除外)、TfOはトリフルオロメタンスルフォナート(trifluoromethanesulfonate,triflate)を意味する。
前記反応式1のように、シリルトリフラート化合物とホスフィンの反応を行うとホスフィンの水素が一つのQに置換された1次ホスフィン前駆体および二つのQに置換された2次ホスフィン前駆体の混合物形態で収得され、これを分別蒸溜して1次ホスフィン前駆体および2次ホスフィン前駆体をそれぞれ収得することができる。
本発明の他の一実施例による前記化学式1の量子ドット製造用ホスフィン前駆体の製造方法は、
1次ホスフィン化合物、ハロゲン化炭化水素、および3次アミンの混合物を製造する段階;および
前記混合物にシリルトリフラート化合物を添加する段階を含む。
前記製造方法を具体的な反応式で表すと、次の反応式2のとおりである。
前記反応式2において、
およびQは、前記化学式1において定義したとおりであり、ただし、QおよびQが水素である場合は除外)、TfOはトリフルオロメタンスルフォナート(trifluoromethanesulfonate,triflate)を意味する。
前記反応式2のように、シリルトリフラート化合物と1次ホスフィン化合物との反応を行うと1次ホスフィンの水素がQに置換され、2次ホスフィン前駆体を収得することができる。
前記製造方法で用いられる物質に対する具体的な説明は、次のとおりである。
前記ハロゲン化炭化水素は、普通極性であり、非発火性物質として良く知られているが、極性溶剤を用いるか火災の危険がある原料を用いる反応性の高い反応では反応溶媒として用いない。また、一部の水素化ハロゲン化炭化水素は、分解されて酸性を帯びて酸化反応の酸化剤としても用いられるので、反応性が高い原料を用いる反応ではなおさら用いられない。しかし、本発明の製造方法では前記ハロゲン化炭化水素を反応溶媒として使用時大量工程安定性を示し、むしろ高収率および高純度を目的とするホスフィン前駆体化合物が得られることを確認した。
前記ハロゲン化炭化水素は、二フッ化メタン、三フッ化メタン、四フッ化メタン、四フッ化エタン、五フッ化エタン、六フッ化エタン、二塩化メタン(ジクロロメタン)、クロロホルム、四塩化炭素、四塩化エタン、五塩化エタン、六塩化エタン、六塩化プロパン、七塩化プロパン、八塩化プロパン、二臭化メタン、三臭化メタン、四臭化メタン、四臭化エタン、五臭化エタンおよび六臭化エタンからなる群より選ばれる1種以上であり得るが、これに限定されるものではない。
前記ハロゲン化炭化水素は、他の原料と反応性を示さず、価格が安い塩素に置換されたものが好ましい。したがって、ハロゲン化炭化水素は、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、四塩化エタン、五塩化エタン、六塩化エタン、六塩化プロパン、七塩化プロパンおよび八塩化プロパンからなる群より選ばれる1種以上であり得、より好ましくは、ジクロロメタンまたは四塩化エタンであり得る。
前記ハロゲン化炭化水素は、取り扱いの容易性、反応の安定性、反応収率および製品純度を考慮してその使用量を適切に調整して用いることができる。
前記3次アミンは、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、t−ブチルおよびフェニルからなる群より選ばれる1種以上の置換基を含み得る。
前記3次アミンは、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリフェニルアミン、ジメチルエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルプロピルアミン、メチルジプロピルアミン、メチルエチルプロピルアミン、ジエチルプロピルアミン、エチルジプロピルアミンおよびエチルジイソプロピルアミンからなる群より選ばれ得、好ましくはトリエチルアミンであり得る。
前記3次アミンは、シリルトリフラート化合物1モルに対して0.5〜2モル当量で用いられ得る。
II.量子ドット製造用前駆体組成物
本発明の他の一実施例による量子ドット製造用前駆体組成物は、前記ホスフィン前駆体を含む。
前記量子ドット製造用前駆体組成物は、上述した化学式1のホスフィン前駆体を含む。この時、前記化学式1のホスフィン前駆体は、1種のみを含むか、または前記化学式1に該当する2種以上のホスフィン前駆体を含むこともできる。
また、本発明の一実施例によれば、化学式1のホスフィン前駆体に加え、トリス(トリメチルシリル)ホスフィン(tris(trimethylsilyl)phosphine)をさらに含むこともできる。
前記量子ドット製造用前駆体組成物が化学式1のホスフィン前駆体を2種以上含むか、トリス(トリメチルシリル)ホスフィンをさらに含む場合、その混合比は特に制限されない。
例えば、前記量子ドット製造用前駆体組成物は、化学式1のホスフィン前駆体およびトリス(トリメチルシリル)ホスフィン(tris(trimethylsilyl)phosphine)を1:10〜10:1、または1:5〜5:1、または1:2〜2:1のモル比で含み得る。
III.量子ドット
本発明の他の一実施例によれば、前記ホスフィン前駆体から製造される量子ドットを提供する。
本発明のまた他の一実施例によれば、ホスフィン前駆体1種以上を用いて量子ドットを製造する方法を提供する。
本発明の化学式1のホスフィン前駆体を用いて製造される量子ドットは、従来にホスフィン前駆体としてTMSPを用いて製造される量子ドットより半値幅が狭く、発光効率に優れた効果を奏することができる。
本発明の明細書において、「前記前駆体から製造される量子ドット」とは、量子ドットの製造段階のうちいずれの段階でも上述した化学式1のホスフィン前駆体1種以上をリン(phosphorus)のソースとして用いて製造される量子ドットを意味し、量子ドットの大きさ、形態、または構造などに制限されない。
本発明の一実施例によれば、前記量子ドットは、InPを含む量子ドットであり得る。
本発明の他の一実施例によれば、前記量子ドットは、コア層とシェル層からなるコア/シェル構造の量子ドットであり得る。より具体的に、前記量子ドットはInPをコア(core)として含み、ZnSおよび/またはGaPをシェル(shell)として含むコア/シェル構造の量子ドットであり得る。
前記量子ドットは、下記のような製造方法によって製造されることができる。
例えば、本発明の一実施例による量子ドットの製造方法は、インジウム前駆体、亜鉛前駆体、ミリスチン酸(myristic acid)および1−オクタデセン(1−octadecene)の混合物を加熱する段階;前記混合物を常温に冷却する段階;冷却した混合物に上述した本発明のホスフィン前駆体1種以上、ガリウム前駆体、および1−オクタデセンを投入して加熱して反応させる段階;および前記反応物にドデカンチオール(dodecanethiol)を投入して冷却する段階を含む。
より具体的には、InPをコアとして含み、ZnSおよびGaPをシェルとして含む量子ドットを製造する方法をより具体的に説明すると、先にミリスチン酸(myristic acid,MA)と1−オクタデセン(1−octadecene,ODE)の混合物にインジウム前駆体および亜鉛前駆体を添加して100〜140℃で加熱する段階を行う(段階1)。
前記段階1の混合物を常温に冷却する(段階2)。
次に、常温に冷却した前記段階1の混合物に1−オクタデセン、ガリウム前駆体および上述した化学式1のホスフィン前駆体を投入する。前記化学式1のホスフィン前駆体は、1種のみを投入するか、2種以上を混合して投入することもできる。また、化学式1のホスフィン前駆体に加えてTMSPをさらに混合して用いることもできる。
前記混合物を200〜320℃の温度に昇温して1〜30分間反応させる(段階3)。
前記段階3の反応物にドデカンチオール(dodecanethiol,DDT)を投入した後常温に冷却する(段階4)。
常温に冷却した反応物を沈殿させた後精製してInP/GaP/ZnS量子ドットを収得することができる。
上記のように本発明の化学式1のホスフィン前駆体を用いて収得した量子ドットは、均一な結晶の大きさ、優れた発光効率および色純度を示すことができる。
例えば、本発明のホスフィン前駆体を用いて収得した量子ドットは、他の条件は同様にしてTMSPを単独で用いたときより量子効率および/または半値幅が約1〜約15%まで改善された効果を示すことができる。
本発明の一実施例によれば、本発明のホスフィン前駆体を用いて収得した量子ドットは、約35〜約60nm、または約40〜約60nmの半値幅を示すことができる。
また、本発明のホスフィン前駆体を用いて収得した量子ドットは、粒径が約2〜約5nmの範囲であり得る。
前記本発明のホスフィン前駆体を用いて収得した量子ドットは、発光ダイオード(light emitting diode,LED)、ディスプレイ、有無機ハイブリッド電気発光素子、無機電気発光素子、太陽電池、トランジスタなど各種素子に多様に適用できると期待される。
以下、発明の具体的な実施例により、発明の作用および効果をより詳細に説明する。ただし、このような実施例は、発明の例示として提示されたものに過ぎなく、発明の権利範囲は、これによって定められない。
<実施例>
下記実施例および比較例は、いずれも不活性雰囲気で行った。分析は無水ベンゼン−D溶媒下に600MHzでNMR分析機を用いて、また、不活性雰囲気でGC−MSを用いて分析した。反応および分析に使用されたすべての溶媒は分子ふるい(molecular sieve)を用いて水分を除去した後使用した。
<ホスフィン前駆体製造の実施例>
実施例1:ビス(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)ホスフィン(bis(tert−butyldimethyl silyl)phosphine,(t−BuMeSi)PH)の合成
窒素雰囲気下の2L容量の丸底三口フラスコに常温でターシャリ−ブチルジメチルシリルトリフラート(tert−butyldimethyl silyl triflate)100gおよびトリエチルアミン(triethyl amine)61gをジクロロメタン(dichloromethane)1Lに添加して攪拌して混合した。前記混合物の温度を25℃以下に維持してホスフィン(phosphine,PH)ガスをカニューレを介して3ml/分の速度で投入した。合計17gのホスフィンが投入されるとホスフィン投入を中断した。このように得られた混合物形態の反応物を濾過の過程なしに減圧分別蒸留して目的化合物であるビス(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)ホスフィン((bis(tert−butyldimethyl silyl)phosphine)52.4g(収率:50%)を収得した。
MS (ESI): [M+H] 262
H NMR(600MHz, benzene−d):δ 0.92 (s, 18H)、 0.14 (d, 12H)
31P NMR(243MHz, benzene−d):δ −262.2 (s)
実施例2:ターシャリ−ブチルジメチルシリルホスフィン((tert−butyldimethyl silyl)phosphine,(t−BuMeSi)PH)の合成
前記実施例1と同じ試薬および方法を用いて混合物形態の反応物を得て、減圧分別蒸留して目的化合物であるターシャリ−ブチルジメチルシリルホスフィン((tert−butyldimethyl silyl)phosphine)10.2g(収率:17%)を収得した。
MS (ESI): [M+H] 148
H NMR(600MHz, benzene−d): δ 0.92 (s, 18H)、 0.14 (d, 12H)
31P NMR(243MHz, benzene−d): δ −241.5 (s)
実施例3:ビス(ジメチルフェニルシリル)ホスフィン(bis(dimethylphenyl silyl)phosphine,(PhMeSi)PHの合成
ターシャリブチルジメチルシリルトリフラートの代わりにジメチルフェニルシリルトリフラート(dimethylphenyl silyl triflate)を用いたことを除いては、前記実施例1と同様の方法を用いてビス(ジメチルフェニルシリル)ホスフィン(bis(dimethylphenyl silyl)phosphine)42.4g(収率:35%)を収得した。
MS (ESI): [M+H] 302
H NMR(600MHz, benzene−d): δ 0.29 (s, 12H)、 6.99−6.53 (m, 10H)
31P NMR(243MHz, benzene−d): δ −237.4 (s)
実施例4:(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)(トリメチルシリル)ホスフィン((tert−butyldimethyl silyl)(trimethyl silyl)phosphine,(t−BuMeSi)(MeSi)PH)の合成
段階1:トリス(トリメチルシリル)ホスフィンの製造
窒素雰囲気下の2L容量の丸底三口フラスコに常温でトリメチルシリルトリフラート(trimethylsilyl triflate)90mlおよびトリエチルアミン104mlをジクロロメタン1Lに添加して攪拌して混合した。混合物の温度が10℃以下になるように冷却させた後ホスフィンガスをカニューレを介して10ml/分の速度で投入した。合計9gのホスフィンが投入されるとホスフィン投入を中断した。得られた液状の反応物を濾過の過程なしで減圧蒸留してトリス(トリメチルシリル)ホスフィン(tris(trimethylsilyl)phosphine)50.5g(収率:92%)を収得した。
段階2:トリメチルシリルホスフィンの製造
窒素雰囲気下の2L容量の丸底三口フラスコに前記段階1で製造したトリス(トリメチルシリル)ホスフィン30gをジクロロメタン500mlに添加して0℃で冷却した。0℃冷却を維持した状態でメタノール7.6gを1時間にかけて滴加した。生成されたトリメチルシリルホスフィン(trimethylsilyl phosphine)を別途の濃縮や精製過程なしに次の過程に用いた。
段階3:(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)(トリメチルシリル)ホスフィンの製造
前記段階2で製造したジクロロメタンに溶解したトリメチルシリルホスフィン混合物を0℃で冷却した後トリエチルアミン(triethyl amine)12.1gとターシャリ−ブチルジメチルシリルトリフラート(tert−butyldimethyl silyl triflate)32.7gを1時間にかけて滴加した。このように得られた反応物を濾過の過程なしに減圧蒸留して目的化合物である(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)(トリメチルシリル)ホスフィン((tert−butyldimethyl silyl)(trimethyl silyl)phosphine)5.2g(収率:20%)を収得した。
MS (ESI): [M+H] 220.4
H NMR(600MHz, benzene−d): δ 0.90 (s, 9H)、 0.19 (d, 9H)、 0.14 (d, 6H)
31P NMR(243MHz, benzene−d): δ −248.1 (s)
実施例5:ビス(トリエチルシリル)ホスフィン(bis(triethylsilyl)phosphine,(EtSi)PH)の合成
窒素雰囲気下の2L容量の丸底三口フラスコに常温でトリエチルシリルトリフラート(triethylsilyl triflate)100gおよびトリエチルアミン(triethyl amine)46gをジクロロメタン(dichloromethane)1Lに添加して攪拌して混合した。前記混合物の温度を25℃以下に維持してホスフィン(phosphine,PH)ガスをカニューレを介して3ml/分の速度で投入した。合計6.5gのホスフィンが投入されるとホスフィン投入を中断した。このように得られた混合物形態の反応物を濾過の過程なしに減圧分別蒸留して目的化合物であるビス(トリエチル)ホスフィン((bis(triethylsilyl)phosphine)32.2g(収率:65%)を収得した。
MS (ESI): [M+H] 262
H NMR(600MHz, benzene−d): δ 0.95(t, 18H)、 0.65 (m, 12H)
31P NMR(243MHz, benzene−d): δ −276.5 (s)
実施例6:トリエチルシリルホスフィン(triethylsilylphosphine,(EeSi)PH)の合成
窒素雰囲気下の2L容量の丸底三口フラスコに常温でトリエチルシリルトリフラート(triethylsilyl triflate)100gおよびトリエチルアミン(triethyl amine)46gをジクロロメタン(dichloromethane)1Lに添加して攪拌して混合した。前記混合物の温度を25℃以下に維持してホスフィン(phosphine,PH3)ガスをカニューレを介して3ml/分の速度で投入した。合計13.0gのホスフィンが投入されるとホスフィン投入を中断した。このように得られた混合物形態の反応物を濾過の過程なしに減圧分別蒸留して目的化合物である(トリエチルシリル)ホスフィン((triethylsilyl)phosphine)14.8g(収率:27%)を収得した。
MS (ESI): [M+H] 148
H NMR(600MHz, benzene−d): δ 0.93(t, 9H)、 0.64 (m, 6H)
31P NMR(243MHz, benzene−d): δ −260.6 (s)
実施例7:ビス(トリイソプロピルシリル)ホスフィン(bis(triisopropylsilyl)phosphine,(i−PrSi)PH)の合成
窒素雰囲気下の2L容量の丸底三口フラスコに常温でトリイソプロピルシリルトリフラート(triisopropylsilyl triflate)100gおよびトリエチルアミン(triethyl amine)39.6gをジクロロメタン(dichloromethane)1Lに添加して攪拌して混合した。前記混合物の温度を25℃以下に維持してホスフィン(phosphine,PH3)ガスをカニューレを介して3ml/分の速度で投入した。合計5.6gのホスフィンが投入されるとホスフィン投入を中断した。このように得られた混合物形態の反応物を濾過の過程なしに減圧分別蒸留して目的化合物であるビス(トリイソプロピルシリル)ホスフィン((bis(triisopropylsilyl)phosphine)40.2g(収率:71%)を収得した。
MS (ESI): [M+H] 346
H NMR(600MHz, benzene−d): δ 1.18 (m, 42H)
31P NMR(243MHz, benzene−d): δ −286.3 (s)
実施例8:トリイソプロピルシリルホスフィン(triisopropylsilylphosphine,(i−PrSi)PH)の合成
窒素雰囲気下の2L容量の丸底三口フラスコに常温でトリイソプロピルシリルトリフラート(triisopropylsilyl triflate)100gおよびトリエチルアミン(triethyl amine)39.6gをジクロロメタン(dichloromethane)1Lに添加して攪拌して混合した。前記混合物の温度を25℃以下に維持してホスフィン(phosphine,PH3)ガスをカニューレを介して3ml/分の速度で投入した。合計11.2gのホスフィンが投入されるとホスフィン投入を中断した。このように得られた混合物形態の反応物を濾過の過程なしに減圧分別蒸留して目的化合物である(トリイソプロピルシリル)ホスフィン((triisopropylsilyl)phosphine)11.8g(収率:19%)を収得した。
MS (ESI): [M+H] 190
H NMR(600MHz, benzene−d): δ 0.88 (m, 21H)
31P NMR(243MHz, benzene−d): δ −273.8 (s)
実施例9:ビス(ジメチルイソプロピルシリル)ホスフィン(bis(dimethylisopropylsilyl)phosphine,(Mei−PrSi)PH)の合成
窒素雰囲気下の2L容量の丸底三口フラスコに常温でジメチルイソプロピルシリルトリフラート(dimethylisopropylsilyl triflate)100gおよびトリエチルアミン(triethyl amine)48.5gをジクロロメタン(dichloromethane)1Lに添加して攪拌して混合した。前記混合物の温度を25℃以下に維持してホスフィン(phosphine,PH3)ガスをカニューレを介して3ml/分の速度で投入した。合計6.8gのホスフィンが投入されるとホスフィン投入を中断した。このように得られた混合物形態の反応物を濾過の過程なしに減圧分別蒸留して目的化合物であるビス(ジメチルイソプロピルシリル)ホスフィン((dimethylisopropylsilyl)phosphine)34.2g(収率:73%)を収得した。
MS (ESI): [M+H] 234
H NMR(600MHz, benzene−d): δ 1.01 (d, 12H)、 0.93 (m, 2H)、 0.19 (d, 12H)
31P NMR(243MHz, benzene−d): δ −255.2 (s)
実施例10:(トリイソプロピルシリル)(トリメチルシリル)ホスフィン((triisopropylsilyl)(trimethyl silyl)phosphine,(i−PrSi)(MeSi)PH)の合成
前記実施例4の段階2で製造したジクロロメタンに溶解したトリメチルシリルホスフィン混合物を0℃で冷却した後トリイソプロピルシリルトリフラート(triisopropylsilyl triflate)38.0gとトリエチルアミン(triethyl amine)12.1gをそれぞれ1時間にかけて滴加した。このように得られた反応物を濾過の過程なしに減圧蒸留して目的化合物である(トリイソプロピルシリル)(トリメチルシリル)ホスフィン((triisopropylsilyl)(trimethyl silyl)phosphine)7.2g(収率:23%)を収得した。
MS (ESI): [M+H] 262
H NMR(600MHz, benzene−d): δ 1.05 (m, 21H)、 0.23 (d, 9H)
31P NMR(243MHz, benzene−d): δ −261.8 (s)
実施例11:(ジメチルイソプロピルシリル)(トリメチルシリル)ホスフィン((dimethylisopropylsilyl)(trimethylsilyl)phosphine,(Mei−PrSi)(MeSi)PH)の合成
前記実施例4の段階2で製造したジクロロメタンに溶解したトリメチルシリルホスフィン混合物を0℃で冷却した後トリイソプロピルシリルトリフラート(dimethylisopropylsilyl triflate)31.1gとトリエチルアミン(triethyl amine)12.1gをそれぞれ1時間にかけて滴加した。このように得られた反応物を濾過の過程なしに減圧蒸留して目的化合物である(ジメチルイソプロピルシリル)(トリメチルシリル)ホスフィン((dimethylisopropylsilyl)(trimethylsilyl)4.0g(収率:16%)を収得した。
MS (ESI): [M+H] 206
H NMR(600MHz, benzene−d): δ 1.10 (d, 6H)、 0.93 (m, 1H)、 0.25 (d, 9H)、 0.19 (d, 6H)
31P NMR(243MHz, benzene−d): δ −247.2 (s)
<量子ドット製造の実施例>
実施例12
インジウムアセテート(In(Ac))70mg(0.24mmol)、ジンクアセテート(Zn(Ac))183mg(1mmol)、ミリスチン酸(myristic acid,MA)496mg(2.17mmol)および1−オクタデセン(1−octadecene,ODE)4mlを25ml容量の三口フラスコに入れた混合溶液(1)に2時間真空をかけて110℃で加熱した。
前記混合溶液(1)を常温に冷ました。常温に冷却した混合溶液(1)にガリウムクロリド(GaCl)15mgを1−オクタデセン(1−octadecene,ODE)1mlに溶かした注入液を投入した。そして連続してトリス(トリメチルシリル)ホスフィン(tris(trimethylsilyl)phosphine)、TMSP)24mg(0.095mmol)、および実施例1で収得したビス(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)ホスフィン27.8mg(0.095mmol)を1−オクタデセン(1−octadecene,ODE)1mlに溶かした注入液を投入して混合溶液(2)を製造した。
前記混合溶液(2)を300℃に昇温した後10分間300℃で加熱した。
ドデカンチオール(dodecanethiol,DDT)0.25ml(1mmol)を前記混合溶液(2)に投入した後常温に冷却した。
常温に冷却した前記混合溶液(2)に過量のメタノールとブタノール混合溶液を添加して沈殿させた後フィルタおよび乾燥してInPをコアとして含み、ZnSおよびGaPをシェルとして含む量子ドット(以下、InP/GaP/ZnS量子ドット)を収得した。
実施例13
前記実施例12で実施例1のビス(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)ホスフィンの代わりに実施例2で収得したターシャリ−ブチルジメチルシリルホスフィン14mg(0.095mmol)を用いたことを除いては、前記実施例5と同様の方法を用いてInP/GaP/ZnS量子ドットを製造した。
実施例14
前記実施例12で実施例1のビス(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)ホスフィンの代わりに実施例3で収得したビス(ジメチルフェニルシリル)ホスフィン29mg(0.095mmol)を用いたことを除いては、前記実施例12と同様の方法を用いてInP/GaP/ZnS量子ドットを製造した。
実施例15
前記実施例12で実施例1のビス(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)ホスフィンの代わりに実施例4で収得した(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)(トリメチルシリル)ホスフィン24mg(0.095mmol)を用いたことを除いては、前記実施例12と同様の方法を用いてInP/GaP/ZnS量子ドットを製造した。
実施例16
前記実施例12で実施例1のビス(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)ホスフィンの代わりに実施例5で収得したビス(トリエチルシリル)ホスフィン24mg(0.095mmol)を用いたことを除いては、前記実施例12と同様の方法を用いてInP/GaP/ZnS量子ドットを製造した。
実施例17
前記実施例12で実施例1のビス(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)ホスフィンの代わりに実施例6で収得したトリエチルシリルホスフィン14mg(0.095mmol)を用いたことを除いては、前記実施例12と同様の方法を用いてInP/GaP/ZnS量子ドットを製造した。
実施例18
前記実施例12で実施例1のビス(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)ホスフィンの代わりに実施例7で収得したビス(トリイソプロピルシリル)ホスフィン34mg(0.095mmol)を用いたことを除いては、前記実施例12と同様の方法を用いてInP/GaP/ZnS量子ドットを製造した。
実施例19
前記実施例12で実施例1のビス(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)ホスフィンの代わりに実施例8で収得したトリイソプロピルシリルホスフィン18mg(0.095mmol)を用いたことを除いては、前記実施例12と同様の方法を用いてInP/GaP/ZnS量子ドットを製造した。
実施例20
前記実施例12で実施例1のビス(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)ホスフィンの代わりに実施例9で収得したビス(ジメチルイソプロピルシリル)ホスフィン22mg(0.095mmol)を用いたことを除いては、前記実施例12と同様の方法を用いてInP/GaP/ZnS量子ドットを製造した。
実施例21
前記実施例12で実施例1のビス(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)ホスフィンの代わりに実施例10で収得した(トリイソプロピルシリル)(トリメチルシリル)ホスフィン25mg(0.095mmol)を用いたことを除いては、前記実施例12と同様の方法を用いてInP/GaP/ZnS量子ドットを製造した。
実施例22
前記実施例12で実施例1のビス(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)ホスフィンの代わりに実施例11で収得した(ジメチルイソプロピルシリル)(トリメチルシリル)ホスフィン20mg(0.095mmol)を用いたことを除いては、前記実施例12と同様の方法を用いてInP/GaP/ZnS量子ドットを製造した。
比較例1
前記実施例12でホスフィン前駆体として実施例1のビス(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)ホスフィンを用いず、トリス(トリメチルシリル)ホスフィンを55.6mg(0.19mmol)で用いたことを除いては、前記実施例12と同様の方法を用いてInP/GaP/ZnS量子ドットを製造した。
<実験例>
実験例1:InP/GaP/ZnS量子ドットの光学特性の評価
実施例および比較例で製造した量子ドットの光学的特性を調べるために蛍光光度計(機器名:Perkin Emer−LS55)を用いて実施例12および比較例1で製造したInP/GaP/ZnS量子ドットの光学特性を測定し、その結果を表1に示した。
本発明の実施例12および比較例1による量子ドットの波長による発光グラフを図1に示した。
また、本発明の実施例12および比較例1による量子ドットの波長による吸光グラフを図2に示した。
前記表1のFWHM(full width at half maximum)は、発光ピークの半値幅を意味し、半値幅が小さいほどサイズが均一であり、純度が高い量子ドットが製造されたことを意味する。
比較例1は公知のホスフィン前駆体であるトリス(トリメチルシリルホスフィン)(TMSP)のみを用いて量子ドットを製造したものである。
本発明のホスフィン前駆体であるビス(ターシャリ−ブチルジメチルシリル)ホスフィンと公知の物質であるトリス(トリメチルシリルホスフィン)を1:1のモル比で混合して量子ドットを製造した実施例12と、比較例1の量子ドットと半値幅を比較すると半値幅が約9%ほど減ったことを確認することができた。したがって、本発明の新規のホスフィン前駆体を用いて量子ドットを製造すると、サイズが均一で、かつ純度が高い、優れた物性の量子ドットを製造できることがわかる。

Claims (16)

  1. 下記化学式1で表される量子ドット製造用ホスフィン前駆体。
  2. 前記R〜Rは、それぞれ独立して炭素数1〜6の直鎖アルキル、炭素数3〜6の分枝鎖アルキル、または炭素数6〜12のアリールである、請求項1に記載のホスフィン前駆体。
  3. 前記R〜Rは、それぞれ独立してメチル、エチル、n−プロピル、iso−プロピル、n−ブチル、tert−ブチル、iso−ブチル、またはフェニルである、請求項1に記載のホスフィン前駆体。
  4. 前記化学式1の化合物は、下記構造式からなる群より選ばれるものである、請求項1に記載のホスフィン前駆体。
  5. 前記化学式1は、下記化学式1−1で表される化合物である、請求項1に記載のホスフィン前駆体。
    前記化学式1−1において、R’〜R’は、それぞれ独立して同一または異なって水素、炭素数1〜20の直鎖または分枝鎖アルキル、炭素数6〜30のアリール、炭素数7〜30のアルキルアリール、または炭素数7〜30のアリールアルキルであり、R’〜R’がいずれも水素である場合は除く。
  6. 前記化学式1は、下記化学式1−2で表される化合物である、請求項1に記載のホスフィン前駆体。
    前記化学式1−2において、
    ”〜R”は、それぞれ独立して同一または異なって水素、炭素数1〜20の直鎖または分枝鎖アルキル、炭素数6〜30のアリール、炭素数7〜30のアルキルアリール、または炭素数7〜30のアリールアルキルであり、R”〜R”がいずれも水素である場合は除く。
  7. シリルトリフラート化合物、ハロゲン化炭化水素、および3次アミンの混合物を製造する段階;および
    前記混合物にホスフィンを添加する段階を含む、
    請求項1に記載のホスフィン前駆体の製造方法。
  8. 1次ホスフィン化合物、ハロゲン化炭化水素、および3次アミンの混合物を製造する段階;および
    前記混合物にシリルトリフラート化合物を添加する段階を含む、
    請求項1に記載のホスフィン前駆体の製造方法。
  9. 前記ハロゲン化炭化水素は、ジクロロメタンであり、前記3次アミンはトリメチルアミンである、請求項7または8に記載のホスフィン前駆体の製造方法。
  10. 請求項1に記載のホスフィン前駆体を含む、量子ドット製造用前駆体組成物。
  11. トリス(トリメチルシリル)ホスフィン(tris(trimethylsilyl)phosphine)をさらに含む、請求項10に記載の量子ドット製造用前駆体組成物。
  12. 請求項1に記載のホスフィン前駆体から製造される、量子ドット。
  13. 前記量子ドットは、InPをコアとして含む、請求項12に記載の量子ドット。
  14. 請求項1に記載のホスフィン前駆体1種以上を用いて量子ドットを製造する方法。
  15. インジウム前駆体、亜鉛前駆体、ミリスチン酸(myristic acid)および1−オクタデセン(1−octadecene)の混合物を加熱する段階;
    前記混合物を常温に冷却する段階;
    冷却した混合物に請求項1に記載のホスフィン前駆体1種以上、ガリウム前駆体、および1−オクタデセンを投入して加熱して反応させる段階;および
    前記反応物にドデカンチオール(dodecanethiol)を投入して冷却する段階を含む、請求項14に記載の量子ドットを製造する方法。
  16. 前記請求項1に記載のホスフィン前駆体1種以上に追加でトリス(トリメチルシリル)ホスフィン(tris(trimethylsilyl)phosphine)をさらに混合する、請求項14に記載の量子ドットを製造する方法。
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