JP2022076513A - Quantum dot, quantum dot aggregate, and production method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,間接遷移する量子ドット、量子ドット集合体、及び、その製造方法に関する。 The present invention relates to indirect transitioning quantum dots, quantum dot aggregates, and methods for manufacturing the same.
量子ドットは、数百~数千個程度の原子から構成された、粒径が数nm~数十nm程度のナノ粒子である。量子ドットは、蛍光ナノ粒子、半導体ナノ粒子、または、ナノクリスタルとも呼ばれる。 Quantum dots are nanoparticles having a particle size of several nm to several tens of nm and are composed of hundreds to several thousand atoms. Quantum dots are also called fluorescent nanoparticles, semiconductor nanoparticles, or nanocrystals.
量子ドットは、ナノ粒子の粒径や組成によって、発光波長を種々変更することができる。また,量子ドットの性能を表すものとして、蛍光量子収率(Quantum Yield:QY)、蛍光半値幅(Full Width at Half Maximum:FWHM)や吸収波長、蛍光波長が挙げられる。 The emission wavelength of the quantum dots can be variously changed depending on the particle size and composition of the nanoparticles. Further, examples of the performance of the quantum dots include a fluorescence quantum yield (Quantum Yield: QY), a full width at half maximum (FULL Width at Half Maximum: FWHM), an absorption wavelength, and a fluorescence wavelength.
下記の特許文献や、非特許文献には、AgBiS2量子ドットをもちいた太陽電池に関する記載がされている。 The following patent documents and non-patent documents describe solar cells using AgBiS 2 quantum dots.
しかしながら、銀ビスマスカルコゲニド量子ドットの実用化に即した研究開発は、報告されていない。例えば、上記の非特許文献1~3や特許文献1に記載された銀ビスマスカルコゲニド量子ドットの合成においては、硫黄源としてS(TMS)2(ヘキサメチルジシラチアン)を用いているが、これは大気下で使用した際に、空気中の水分と容易に反応し、有毒なH2Sを放出する試薬である。
However, no research and development has been reported in line with the practical application of silver bismuth chalcogenide quantum dots. For example, in the synthesis of the silver bismascarcogenide quantum dots described in
上記のような背景から,シンプルで、且つ、取り扱い容易な原料を用いた、量産可能な方法による銀ビスマスカルコゲニド量子ドットの合成、および、そのような方法により合成された銀ビスマスカルコゲニド量子ドットの物性解明が強く求められている。 From the above background, the synthesis of silver bismuth chalcogenide quantum dots by a mass-producible method using simple and easy-to-handle raw materials, and the physical characteristics of silver bismuth chalcogenide quantum dots synthesized by such a method. Clarification is strongly required.
本発明は,かかる点に鑑みてなされたものであり、粒子径の均一化を図ることができる銀ビスマスカルコゲニド量子ドット及び、量子ドット集合体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to provide a silver bismuth scalcogenide quantum dot and a quantum dot aggregate capable of making the particle size uniform.
また、本発明は、シンプルで、且つ、安全性が高く、また、取り扱い容易な原料を用いた銀ビスマスカルコゲニド量子ドットの製造方法を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a method for producing silver bismuth chalcogenide quantum dots using a simple, highly safe, and easy-to-handle raw material.
本発明における量子ドットは、銀と、ビスマスと、カルコゲンとを含有するAgBiE2(Eは、テルル、セレン、或いは、硫黄の少なくともいずれか1種)で表されるナノクリスタルであり、量子ドットの平均粒径が、1nm以上15nm以下であることを特徴とする。
本発明における量子ドットは、量子ドットの表面が、配位子で覆われていることが好ましい。
The quantum dot in the present invention is a nanocrystal represented by AgBiE 2 (E is at least one of tellurium, selenium, or sulfur) containing silver, bismuth, and chalcogen, and is a quantum dot. The average particle size is 1 nm or more and 15 nm or less.
For the quantum dots in the present invention, it is preferable that the surface of the quantum dots is covered with a ligand.
本発明では、前記配位子は、ホスフィン系、脂肪族チオール系、脂肪族アミン系、及び、脂肪族カルボン酸系の少なくともいずれか1種または2種から選択されることが好ましい。 In the present invention, the ligand is preferably selected from at least one or two of phosphine-based, aliphatic thiol-based, aliphatic amine-based, and aliphatic carboxylic acid-based.
本発明では、TauCプロットにおいて0.90~1.10eVの光学バンドギャップが得られることが好ましい。 In the present invention, it is preferable to obtain an optical bandgap of 0.90 to 1.10 eV in the TauC plot.
本発明における量子ドット集合体は、上記に記載の量子ドットを多数含み、STEMにおける粒度分布において、平均粒径の±20%以内に、全体の2/3以上の前記量子ドットが含まれることを特徴とする。 The quantum dot aggregate in the present invention contains a large number of the quantum dots described above, and the particle size distribution in STEM includes the quantum dots of 2/3 or more of the whole within ± 20% of the average particle size. It is a feature.
本発明における量子ドットの製造方法は、銀原料と、ビスマス原料と、カルコゲニド原料(カルコゲニドとは、テルル、セレン、或いは、硫黄の少なくともいずれか1種)から、AgBiE2(Eは、テルル、セレン、或いは、硫黄の少なくともいずれか1種)として表される量子ドットを合成することを特徴とする。 The method for producing quantum dots in the present invention comprises AgBiE 2 (E is tellurium or selenium) from a silver raw material, a bismuth raw material, and a chalcogenide raw material (chalcogenide is at least one of tellurium, selenium, or sulfur). Or, it is characterized by synthesizing quantum dots represented as at least one of sulfur).
本発明では、チオールを含む溶媒中で、前記量子ドットを合成することが好ましい。
本発明では、前記原料溶液を、約100℃から約150℃までの反応温度で反応することで合成することが好ましい。
In the present invention, it is preferable to synthesize the quantum dots in a solvent containing thiol.
In the present invention, it is preferable to synthesize the raw material solution by reacting at a reaction temperature of about 100 ° C to about 150 ° C.
本発明では、前記銀原料、前記ビスマス原料、及び、配位子を、沸点が150℃以上の高沸点溶媒に順次加え、所定の反応温度で反応させ、前記カルコゲニド原料を加えた後、引き続き同温で反応させることが好ましい。 In the present invention, the silver raw material, the bismuth raw material, and the ligand are sequentially added to a high boiling point solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher, reacted at a predetermined reaction temperature, the chalcogenide raw material is added, and then the same. It is preferable to react at warm temperature.
本発明では、前記銀原料、前記ビスマス原料、及び、前記配位子のうち一種又は二種の原料を、100℃から150℃に加熱した前記高沸点溶媒に溶解する工程と、前記カルコゲニド原料を含むその他の原料を順次添加する工程と、全ての原料を添加後に、同反応温度で引き続き反応させ、前記量子ドットを合成する工程と、を有することが好ましい。 In the present invention, a step of dissolving the silver raw material, the bismuth raw material, and one or two raw materials of the ligand in the high boiling point solvent heated to 100 ° C. to 150 ° C., and the chalcogenide raw material are used. It is preferable to have a step of sequentially adding other raw materials including the raw materials, and a step of adding all the raw materials and then continuously reacting them at the same reaction temperature to synthesize the quantum dots.
本発明の量子ドットによれば、STEMにおける粒径分布を狭くでき、粒子径の揃った銀ビスマスカルコゲニド量子ドットを合成できる。 According to the quantum dots of the present invention, the particle size distribution in STEM can be narrowed, and silver bismuth scalcogenide quantum dots having the same particle size can be synthesized.
また、本発明の量子ドット製造法によれば、取り扱いが容易な反応剤を用い、且つ、中間体等を経ずに、直接的に銀ビスマスカルコゲニド量子ドットをシンプル、且つ安全に、量産可能である。 Further, according to the quantum dot manufacturing method of the present invention, silver bismuth scalcogenide quantum dots can be directly mass-produced simply and safely without using an easy-to-handle reactant and without using an intermediate or the like. be.
近年、CdやPbなどの有毒性規制対象重金属を含まない近赤外発光性量子ドットが注目を集めている。本発明者らは、その中でも銀ビスマスカルコゲニド(AgBiE2(Eは、テルル、セレン、或いは、硫黄の少なくともいずれか1種))三元系量子ドットに着目し、取り扱いが容易な反応剤を用い、中間体等を経せずに直接的に、且つ大気下で安全な方法で銀ビスマスカルコゲニド量子ドットを温和に合成するとともに、物性を解明するに至った。 In recent years, near-infrared emission quantum dots that do not contain heavy metals subject to toxic regulation such as Cd and Pb have been attracting attention. Among them, the present inventors focused on silver bismuth scalcogenide (AgBiE 2 (E is at least one of tellurium, selenium, or sulfur)) ternary quantum dots, and used a reactant that is easy to handle. , Silver bismuth scalcogenide quantum dots were mildly synthesized without passing through intermediates, etc., directly and in a safe manner in the atmosphere, and the physical characteristics were elucidated.
以下、本発明の一実施の形態(以下、「実施の形態」と略記する)について、詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter, abbreviated as “embodiment”) will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified and implemented within the scope of the gist thereof.
図1A及び図1Bは、本実施の形態における量子ドットの模式図である。図1A、図1Bに示す量子ドット1は、取り扱いが容易な反応剤を用い、且つ、中間体等を経ずに直接的に合成したナノクリスタルである。
1A and 1B are schematic views of quantum dots in this embodiment. The
本実施の形態では、量子ドット1は、銀(Ag)と、ビスマス(Bi)と、カルコゲンとを含有するAgBiE2(Eは、テルル(Te)、セレン(Se)、或いは、硫黄(S)の少なくともいずれか1種)で表されるナノクリスタルであることが好ましい。この化合物は、間接遷移し、発光が非常に弱い。
In the present embodiment, the
ここで「ナノクリスタル」とは、1nm~数十nm程度の粒径を有するナノ粒子を指す。本実施形態では、多数の量子ドットを、均一の粒径にて生成することができる。「均一」とは、平均粒径の±20%以内に、全体の2/3以上の粒子が含まれる状態を指す。このように、本実施の形態では、微細で且つ均一な良質の量子ドットを量産することができる。本実施形態では、量子ドットの粒径を、1nm以上15nm以下の範囲で調整することができる。好ましくは、2nm以上10nm以下であり、より好ましくは、3nm以上7nm以下であり、更に好ましくは、4nm以上5nm以下である。 Here, the "nanocrystal" refers to nanoparticles having a particle size of about 1 nm to several tens of nm. In this embodiment, a large number of quantum dots can be generated with a uniform particle size. "Uniform" refers to a state in which two-thirds or more of the particles are contained within ± 20% of the average particle size. As described above, in the present embodiment, it is possible to mass-produce fine and uniform high-quality quantum dots. In this embodiment, the particle size of the quantum dots can be adjusted in the range of 1 nm or more and 15 nm or less. It is preferably 2 nm or more and 10 nm or less, more preferably 3 nm or more and 7 nm or less, and further preferably 4 nm or more and 5 nm or less.
量子ドットに含まれる、AgとBiとカルコゲンは主成分であり、これら元素以外の元素が含まれていてもよい。ただし、量子ドットを製造するに際し、取り扱いが容易な反応剤であること、中間体等を経ないこと、原料を順次添加した後に高沸点溶媒中で100℃付近から150℃付近の温度で反応することによって、量子ドットを合成可能であること、の条件を満たすことが好ましい。 Ag, Bi, and chalcogen contained in the quantum dots are the main components, and elements other than these elements may be contained. However, when producing quantum dots, the reactants must be easy to handle, they do not pass through intermediates, etc., and after the raw materials are added in sequence, they react in a high boiling point solvent at a temperature of around 100 ° C to around 150 ° C. Therefore, it is preferable to satisfy the condition that the quantum dots can be synthesized.
このような合成法を用いることで、製造コストの上昇、反応剤の取り扱いの制限、及び、製造工程の煩雑性を招かずに、安定的に量子ドットを量産することができる。 By using such a synthesis method, it is possible to stably mass-produce quantum dots without incurring an increase in manufacturing cost, restrictions on the handling of reactants, and complexity of the manufacturing process.
本実施の形態では、後述するように、量子ドットを合成する反応系として、高沸点溶媒に対して、原料であるAg原料、Bi原料、及び配位子を順次添加していき、最後にカルコゲニド原料を添加した後、100℃付近から150℃付近で反応させる。このような、直接的かつシンプルな合成反応に基づいて量子ドットを製造することで、量子ドットの粒子径を揃えることができ、具体的には、量子ドット全体の2/3以上の粒子を、平均粒径の±20%以内に含むことができる。 In the present embodiment, as described later, as a reaction system for synthesizing quantum dots, Ag raw materials, Bi raw materials, and ligands, which are raw materials, are sequentially added to a high boiling point solvent, and finally chalcogenide. After adding the raw material, the reaction is carried out at around 100 ° C to around 150 ° C. By manufacturing quantum dots based on such a direct and simple synthetic reaction, the particle size of the quantum dots can be made uniform. Specifically, particles of 2/3 or more of the entire quantum dots can be produced. It can be contained within ± 20% of the average particle size.
図1Aに示すように、量子ドット1の表面には多数の有機配位子2が配位していることが好ましい。これにより、量子ドット1同士の凝集を抑制でき、目的とする光学特性を発現させることができる。反応に用いることのできる配位子は、特に限定はされないが、例えば、以下の配位子が、代表的なものとして挙げられる。
As shown in FIG. 1A, it is preferable that a large number of
(1)脂肪族1級アミン系
オレイルアミン:C18H35NH2,ステアリル(オクタデシル)アミン:C18H37NH2,ドデシル(ラウリル)アミン:C12H25NH2,デシルアミン:C10H21NH2,オクチルアミン:C8H17NH2
(1) Aliphatic primary amine-based oleylamine: C 18 H 35 NH 2 , stearyl (octadecyl) amine: C 18 H 37 NH 2 , dodecyl (lauryl) amine: C 12 H 25 NH 2 , decyl amine: C 10 H 21 NH 2 , Octylamine: C 8 H 17 NH 2
(2)脂肪酸
オレイン酸:C17H33COOH,ステアリン酸:C17H35COOH,パルミチン酸:C15H31COOH,ミリスチン酸:C13H27COOH,ラウリル酸:C11H23COOH,デカン酸:C9H19COOH,オクタン酸:C7H15COOH
(2) Fatty acids Oleic acid: C 17 H 33 COOH, stearic acid: C 17 H 35 COOH, palmitic acid: C 15 H 31 COOH, myristic acid: C 13 H 27 COOH, lauric acid: C 11 H 23 COOH, decane Acid: C 9 H 19 COOH, Octanoic acid: C 7 H 15 COOH
(3)チオール系
オクタデカンチオール:C18H37SH,ヘキサンデカンチオール:C16H33SH,テトラデカンチオール:C14H29SH,ドデカンチオール:C12H25SH,デカンチオール:C10H21SH,オクタンチオール:C8H17SH
(4)ホスフィン系
トリオクチルホスフィン:(C8H17)3P,トリフェニルホスフィン:(C6H5)3P,トリブチルホスフィン:(C4H9)3P
(3) Thiol-based octadecane thiol: C 18 H 37 SH, hexane decane thiol: C 16 H 33 SH, tetradecane thiol: C 14 H 29 SH, dodecane thiol: C 12 H 25 SH, decane thiol: C 10 H 21 SH , Octadecane Thiol: C 8 H 17 SH
(4) Phosphine-based trioctylphosphine: (C 8 H 17 ) 3 P, triphenylphosphine: (C 6 H 5 ) 3 P, tributylphosphine: (C 4 H 9 ) 3 P
(5)ホスフィンオキシド系
トリオクチルホスフィンオキシド:(C8H17)3P=O,トリフェニルホスフィンオキシド:(C6H5)3P=O,トリブチルホスフィンオキシド:(C4H9)3P=O
(5) Phosphine oxide system Trioctylphosphine oxide: (C 8 H 17 ) 3 P = O, triphenylphosphine oxide: (C 6 H 5 ) 3 P = O, tributylphosphine oxide: (C 4 H 9 ) 3 P = O
本実施の形態では、図1Bに示すように、量子ドット1は、コア1aと、コア1aの表面に被覆されたシェル1bと、を有するコアシェル構造であってもよい。図1Bに示すように、量子ドット1の表面には、多数の有機配位子2が配位していることが好ましい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1B, the
図1Bに示すコア1aが、AgBiE2である。シェル1bは、コア1aと同様に、CdやHg、Pb等の規制対象重金属や、ケイ素化合物に代表される高反応性反応剤由来の物質を含まない。
The
なお、シェル1bは、コア1aの表面に固溶化した状態であってもよい。ただし、本実施の形態では、シェル1bを用いずにコア1aのみ、すなわち図1Aのコア単体の量子ドット1にて、TauCプロットにおいて0.90~1.10eVの光学バンドギャップを得ることができる。
The
次に、本実施の形態の量子ドットの製造方法について説明する。本実施の形態では、銀原料と、ビスマス原料と、カルコゲニド原料(カルコゲニドとは、テルル、セレン、或いは、硫黄の少なくともいずれか1種)から、AgBiE2(Eは、テルル、セレン、或いは、硫黄の少なくともいずれか1種)として表される量子ドットを合成する。 Next, a method for manufacturing quantum dots according to the present embodiment will be described. In this embodiment, from a silver raw material, a bismuth raw material, and a chalcogenide raw material (chalcogenide is at least one of tellurium, selenium, or sulfur), AgBiE 2 (E is tellurium, selenium, or sulfur). Quantum dots represented as at least one of these) are synthesized.
ここで,本実施の形態では、AgBiE2のAg原料を、特に限定はしないが、例えば、下記の有機銀試薬や無機銀試薬を用いることができる。すなわち、酢酸塩として酢酸銀(I):Ag(OAc)、脂肪酸塩として、ステアリン酸銀:Ag(OC(=O)C17H35)、オレイン酸銀:Ag(OC(=O)C17H33)、ミリスチン酸銀:Ag(OC(=O)C13H27)、ドデカン酸銀:Ag(OC(=O)C11H23)、銀アセチルアセトネート:Ag(acac)、ハロゲン化物として1価の化合物が使用可能であり、塩化銀(I):AgCl、臭化銀(I):AgBr、ヨウ化銀(I):AgIなどを用いることができる。 Here, in the present embodiment, the Ag raw material of AgBiE 2 is not particularly limited, but for example, the following organic silver reagent or inorganic silver reagent can be used. That is, silver acetate (I): Ag (OAc) as an acetate, silver stearate: Ag (OC (= O) C 17 H 35 ) as a fatty acid salt, silver oleate: Ag (OC (= O) C 17 ). H 33 ), silver myristate: Ag (OC (= O) C 13 H 27 ), silver dodecanoate: Ag (OC (= O) C 11 H 23 ), silver acetylacetonate: Ag (acac), halides As a monovalent compound, silver chloride (I): AgCl, silver bromide (I): AgBr, silver iodide (I): AgI and the like can be used.
ここで,本実施の形態では、AgBiE2のBi原料を、特に限定はしないが、例えば、下記の有機ビスマス試薬や無機ビスマス試薬を用いることができる。すなわち、脂肪酸塩として、酸化酢酸ビスマス(III):BiO(OC(=O)CH3)、酢酸ビスマス(III):Bi(OC(=O)CH3)3、2-エチルヘキサン酸ビスマス(III):Bi(OC(=O)C21H45)3、ネオデカン酸ビスマス(III):Bi(OC(=O)C27H57)3、次没食子酸ビスマス(III):Bi(C7O6H5)、ハロゲン化物として3価の化合物が使用可能であり、フッ化ビスマス(III):BiF3、塩化ビスマス(III):BiCl3、臭化ビスマス(III):BiBr3、無機酸塩として、硝酸ビスマス・5水和物(III):Bi(NO3)3・5H2O、オキシ炭酸ビスマス(III):(BiO)2CO3、酸化ビスマス(III):Bi2O3などを用いることができる。 Here, in the present embodiment, the Bi raw material of AgBiE 2 is not particularly limited, but for example, the following organic bismuth reagent or inorganic bismuth reagent can be used. That is, as the fatty acid salt, bismuth oxide (III): BiO (OC (= O) CH 3 ), bismuth acetate (III): Bi (OC (= O) CH 3 ) 3 , 2-ethylhexanate bismuth (III). ): Bi (OC (= O) C 21 H 45 ) 3 , bismuth neodecanoate (III): Bi (OC (= O) C 27 H 57 ) 3 , bismuth hypophagic acid (III): Bi (C 7 O) 6 H 5 ), trivalent compounds can be used as halides, bismuth fluoride (III): BiF 3 , bismuth chloride (III): BiCl 3 , bismuth bromide (III): BiBr 3 , inorganic acid salt. As bismuth nitrate, pentahydrate (III): Bi (NO 3 ) 3.5H 2 O, bismuth oxycarbonate (III): (BiO) 2 CO 3 , bismuth oxide (III): Bi 2 O 3 , etc. Can be used.
本実施の形態では、テルル(Te)は、有機テルル化合物(有機カルコゲン化合物)、または無機テルル化合物を固体のまま、もしくは、高沸点溶媒に溶解したものを原料として用いる。特に化合物の構造を限定するものではないが、例えば,トリオクチルホスフィンにテルルを溶解させたトリオクチルホスフィンテルリド:(C8H17)3P=Te、トリブチルホスフィンにテルルを溶解させたトリブチルホスフィンテルリド:(C4H9)3P=Te、又は、オクタデセンのような長鎖の炭化水素である高沸点溶媒に、テルルを高温で溶解させた溶液等を用いることができる。 In the present embodiment, tellurium (Te) uses an organic tellurium compound (organotellurium compound) or an inorganic tellurium compound as a solid or dissolved in a high boiling point solvent as a raw material. Although the structure of the compound is not particularly limited, for example, trioctylphosphine terlide in which tellur is dissolved in trioctylphosphine: ( C8H 17 ) 3 P = Te, tributylphosphine in which tellurium is dissolved in tributylphosphine. Telluride: (C 4 H 9 ) 3 P = Te, or a solution in which tellurium is dissolved at a high temperature in a high boiling point solvent which is a long-chain hydrocarbon such as octadecene can be used.
また、本実施の形態では、セレン(Se)を固溶させる場合、セレンは、有機セレン化合物(有機カルコゲン化合物)、または無機セレン化合物を固体のまま、もしくは、高沸点溶媒に溶解したものを原料として用いる。特に、構造を限定するものでないが、例えば、トリオクチルホスフィンにセレンを溶解させたトリオクチルホスフィンセレニド:(C8H17)3P=Se、トリブチルホスフィンにセレンを溶解させたトリブチルホスフィンセレニド:(C4H9)3P=Se、又は、オクタデセンのような長鎖の炭化水素である高沸点溶媒にセレンを高温で溶解させた溶液等を用いることができる。 Further, in the present embodiment, when selenium (Se) is dissolved as a solid solution, the selenium is a raw material obtained by dissolving an organic selenium compound (organoselenium compound) or an inorganic selenium compound in a solid state or in a high boiling point solvent. Used as. In particular, although the structure is not limited, for example, trioctylphosphine serenide in which selenium is dissolved in trioctylphosphine: ( C8H 17 ) 3 P = Se, tributylphosphine serenide in which selenium is dissolved in tributylphosphine. : (C 4 H 9 ) 3 P = Se, or a solution in which selenium is dissolved in a high boiling solvent which is a long-chain hydrocarbon such as octadecene at a high temperature can be used.
また、本実施の形態では、硫黄(S)を固溶させる場合、硫黄は、有機硫黄化合物(有機カルコゲン化合物)、または、無機硫黄化合物を固体のまま、もしくは、高沸点溶媒に溶解したものを原料として用いる。特に、構造を限定するものでないが、例えば、トリオクチルホスフィンに硫黄を溶解させたトリオクチルホスフィンスルフィド:(C8H17)3P=S、或いは、トリブチルホスフィンに硫黄を溶解させたトリブチルホスフィンスルフィド:(C4H9)3P=S、又は、オクタデセンのような長鎖の炭化水素である高沸点溶媒に硫黄を高温で溶解させた溶液等を用いることができる。 Further, in the present embodiment, when sulfur (S) is dissolved as a solid solution, the sulfur is an organic sulfur compound (organic chalcogen compound) or an inorganic sulfur compound dissolved in a solid state or a high boiling point solvent. Used as a raw material. In particular, although the structure is not limited, for example, trioctylphosphine sulfide in which sulfur is dissolved in trioctylphosphine: ( C8H 17 ) 3 P = S, or tributylphosphine sulfide in which sulfur is dissolved in tributylphosphine. : (C 4 H 9 ) 3 P = S, or a solution in which sulfur is dissolved at a high temperature in a high boiling point solvent which is a long-chain hydrocarbon such as octadecene can be used.
本実施の形態では、有機ビスマス化合物、或いは、無機ビスマス化合物を、高沸点溶媒に添加して、溶解させる。溶媒としては、150℃以上の高沸点の飽和炭化水素または不飽和炭化水素として、オクタデセンを用いることができる。これ以外にも、芳香族系の高沸点溶媒として、ドデシルベンゼン:C6H5(CH2)11CH3、高沸点のエステル系の溶媒として、ブチルブチレート:C4H9COOC4H9、ベンジルブチレート:C6H5CH2COOC4H9などを用いることが可能であるが、脂肪族チオール系、脂肪族アミン系、または、脂肪酸系の化合物や脂肪族リン系の化合物を溶媒として用いることも可能である。 In this embodiment, an organic bismuth compound or an inorganic bismuth compound is added to a high boiling point solvent to dissolve it. As the solvent, octadecene can be used as a saturated hydrocarbon having a boiling point of 150 ° C. or higher or an unsaturated hydrocarbon. In addition to this, dodecylbenzene: C 6 H 5 (CH 2 ) 11 CH 3 as an aromatic high boiling point solvent, and butyl butyrate: C 4 H 9 COOC 4 H 9 as a high boiling point ester solvent. , Benzyl butyrate: C 6 H 5 CH 2 COOC 4 H 9 , etc. can be used, but an aliphatic thiol-based, an aliphatic amine-based, or a fatty acid-based compound or an aliphatic phosphorus-based compound is used as a solvent. It can also be used as.
このとき、反応温度を100℃以上200℃以下の範囲に設定し,銀化合物を溶解する。なお,反応温度は,より低温の、100℃以上で175℃以下であることが好ましく、更に低温の、100℃以上で150℃以下であることがより好ましい。 At this time, the reaction temperature is set in the range of 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower to dissolve the silver compound. The reaction temperature is preferably 175 ° C. or lower at a lower temperature of 100 ° C. or higher, and more preferably 150 ° C. or lower at a lower temperature of 100 ° C. or higher.
また,本実施の形態では、反応条件に特に限定はないが、粒子径の揃った量子ドットを得るために,100℃程度の低温から140℃程度の高温で反応することが、AgBiTe2、AgBiSe2、及び、AgBiS2を合成するうえで重要である。このため、100℃程度に加熱した高沸点溶媒中に、一種類または二種類の原料を溶解し、その溶液に対して他原料を順次添加していき、その後、引き続き同温度で反応させ、量子ドットを合成するのが好ましい。 Further, in the present embodiment, the reaction conditions are not particularly limited, but in order to obtain quantum dots having the same particle size, the reaction is carried out at a low temperature of about 100 ° C. to a high temperature of about 140 ° C., AgBiTe 2 and AgBiSe. 2 and is important in synthesizing AgBiS2 . Therefore, one or two kinds of raw materials are dissolved in a high boiling point solvent heated to about 100 ° C., other raw materials are sequentially added to the solution, and then the reaction is continued at the same temperature to obtain quantum dots. It is preferable to synthesize dots.
また、本実施の形態では、粒子径の揃ったAgBiE2を得るために、前駆体である銀原料、ビスマス原料、及び、カルコゲン原料の反応において、チオールをTe、Se或いはSに対して、1~200当量添加することが好ましく、5~1000当量添加することがより好ましく、50~10000当量添加することが更により好ましい。特に、チオールを限定するものでないが、例えば、オクタデカンチオール:C18H37SH、ヘキサンデカンチオール:C16H33SH、テトラデカンチオール:C14H29SH、ドデカンチオール:C12H25SH、デカンチオール:C10H21SH、オクタンチオール:C8H17SH等を用いることができる。 Further, in the present embodiment, in order to obtain AgBiE 2 having the same particle size, in the reaction of the precursor silver raw material, bismuth raw material, and chalcogen raw material, the thiol is 1 with respect to Te, Se or S. It is preferable to add up to 200 equivalents, more preferably 5 to 1000 equivalents, and even more preferably 50 to 10000 equivalents. In particular, the thiol is not limited, but for example, octadecane thiol: C 18 H 37 SH, hexane decane thiol: C 16 H 33 SH, tetradecane thiol: C 14 H 29 SH, dodecane thiol: C 12 H 25 SH, decane. Thiol: C 10 H 21 SH, octane thiol: C 8 H 17 SH and the like can be used.
また、本実施の形態では、各原料を添加して反応させる際に、前駆体の金属を配位またはキレートなどにより反応溶液中に遊離させる補助的な役割をもつ化合物が必要である。 Further, in the present embodiment, when each raw material is added and reacted, a compound having an auxiliary role of releasing the precursor metal into the reaction solution by coordination or chelation is required.
上述の役割を有する化合物としては、銀と錯形成可能なリガンドが挙げられる。例えば、リン系リガンド、アミン系リガンド、チオール系リガンド、カルボン酸系リガンドが好ましく、その中でも、その効率の高さからチオール系リガンドが特に好ましい。 Examples of the compound having the above-mentioned role include a ligand capable of forming a complex with silver. For example, phosphorus-based ligands, amine-based ligands, thiol-based ligands, and carboxylic acid-based ligands are preferable, and among them, thiol-based ligands are particularly preferable because of their high efficiency.
これにより、Agと、Biと、カルコゲンとの反応が適切に行われ、Agと、Biと、カルコゲンとをベースとし、0.90~1.10eVの光学バンドギャップを有し、均一な粒子径を有するAgBiE2量子ドットを製造することができる。 As a result, the reaction between Ag, Bi and chalcogen is appropriately carried out, and based on Ag, Bi and chalcogen, it has an optical bandgap of 0.90 to 1.10 eV and a uniform particle size. It is possible to manufacture AgBiE 2 quantum dots having the above.
本実施の形態の量子ドットの製造方法では、上記した銀原料、ビスマス原料、カルコゲニド原料、及び、配位子のうち一種又は二種の原料を、100℃から150℃に加熱した前記高沸点溶媒に溶解する工程、その後、その他の原料を順次添加する工程、全ての原料を添加後に、引き続き同程度の反応温度で量子ドットを合成する工程、を有することが好ましい。 In the method for producing quantum dots of the present embodiment, the high boiling point solvent obtained by heating one or two of the above-mentioned silver raw material, bismuth raw material, chalcogenide raw material, and ligand to 100 ° C to 150 ° C. It is preferable to have a step of dissolving in, a step of sequentially adding other raw materials, and a step of continuously synthesizing quantum dots at the same reaction temperature after adding all the raw materials.
これにより、取り扱いが容易な反応剤を用い、且つ、中間体等を経せずに直接的に均一な粒子径を有する銀ビスマスカルコゲニドを安全に短時間で量産することができる。 This makes it possible to safely mass-produce silver bismuth chalcogenide having a uniform particle size directly without passing through an intermediate or the like using a reactant that is easy to handle.
以下、本発明の実施例及び比較例により本発明の効果を説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the effects of the present invention will be described with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention. The present invention is not limited to the following examples.
<原料>
本発明では、均一な粒子径を有する銀カルコゲニド化合物(AgBiE2系)量子ドットを合成するにあたり以下の原料を用いた。
(溶媒)
オクタデセン: Aldrich株式会社製、出光興産株式会社製
(カルコゲン原料)
硫黄粉末(99.0%以上): キシダ化学株式会社製
(ビスマス原料)
酸化酢酸ビスマス: キシダ化学株式会社製
硝酸ビスマス・5水和物: 富士フイルム和光純薬株式会社製
酸化ビスマス: 株式会社ミツワ化学製
(銀原料)
酢酸銀: キシダ化学株式会社製
(配位子)
トリオクチルホスフィン: 北興化学株式会社製
ドデカンチオール: アルケマ社製
<測定機器>
紫外-可視光分光光度計:日立株式会社製 V-770
X線回折装置(XRD):Bruker社製 D2 PHASER
走査透過型電子顕微鏡(STEM):日立株式会社製 SU9000
示差熱天秤(TG-DTA):株式会社リガク製 Thermo Plus EVO2
<Raw materials>
In the present invention, the following raw materials were used for synthesizing the silver chalcogenide compound (AgBiE 2 system) quantum dots having a uniform particle size.
(solvent)
Octadesen: Made by Aldrich Co., Ltd., manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd. (raw material for chalcogen)
Sulfur powder (99.0% or more): Made by Kishida Chemical Co., Ltd. (raw material for bismuth)
Bismuth acetate: Kishida Chemical Co., Ltd. Bismuth nitrate / pentahydrate: Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Bismuth oxide: Mitsuwa Chemical Co., Ltd. (silver raw material)
Silver acetate: manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. (ligand)
Trioctylphosphine: manufactured by Hokuko Chemical Industry Co., Ltd. Dodecane thiol: manufactured by Arkema Co., Ltd. <Measuring equipment>
Ultraviolet-Visible Light Spectrophotometer: Hitachi, Ltd. V-770
X-ray diffractometer (XRD): Bruker D2 PHASER
Scanning transmission electron microscope (STEM): SU9000 manufactured by Hitachi, Ltd.
Differential thermal balance (TG-DTA): Thermo Plus EVO2 manufactured by Rigaku Co., Ltd.
[実施例1]
300mL反応容器に、酢酸銀:Ag(OAc) 200.2mgと、ドデカンチオール:DDT 30.0mLと、硝酸ビスマス・5水和物:Bi(NO3)3・5H2O 582.2mgを入れた。そして、不活性ガス(N2)雰囲気下にて、145℃で5分間、攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
[Example 1]
In a 300 mL reaction vessel, silver acetate: Ag (OAc) 200.2 mg, dodecanethiol: DDT 30.0 mL, and bismuth nitrate pentahydrate: Bi (NO 3 ) 3.5H 2 O 582.2 mg were placed. .. Then, the raw material was dissolved by heating with stirring at 145 ° C. for 5 minutes in an atmosphere of an inert gas (N 2 ).
この溶液に、0.20Mのオクタデセンスルフィド(S-ODE)13.0mLを加え、さらに10分間、同じ温度で攪拌しつつ加熱した。 To this solution was added 13.0 mL of 0.20 M octadecene sulfide (S-ODE) and heated for an additional 10 minutes at the same temperature with stirring.
得られた反応液を室温まで冷却し、トルエンとエタノールを加え、沈殿物を発生させ、遠心分離を施して沈殿物を回収した。そして、その沈殿物にヘキサンを加えて分散させ、AgBiS2粒子の分散溶液とした。 The obtained reaction solution was cooled to room temperature, toluene and ethanol were added to generate a precipitate, and centrifugation was performed to recover the precipitate. Then, hexane was added to the precipitate and dispersed to obtain a dispersion solution of AgBiS 2 particles.
得られた分散溶液を、紫外可視分光計で測定した。その結果、図2の紫外可視近赤外吸収スペクトルが得られた。また、この合成で得られた量子ドットは、図3のTauCプロットによる解析結果に示すように、0.90eVの光学バンドギャップを有することがわかった。また、この量子ドットの平均粒径は、図4に示す通り、約4.43nmであり、全粒子数の2/3以上の粒子が、平均粒径の±20%以内に入っていることがわかった。また、示差熱天秤による解析(TG)で、図5の通り、量子ドット全体に対し、約15%の配位子が配位していることが明らかとなった。
また、図6に示すAgBiS2粒子のXRDスペクトルのピーク値及びピークパターンより、AgBiS2固溶体が生成していることが証明された。
The obtained dispersion solution was measured with an ultraviolet-visible spectrometer. As a result, the ultraviolet-visible-near-infrared absorption spectrum of FIG. 2 was obtained. Further, it was found that the quantum dots obtained by this synthesis had an optical bandgap of 0.90 eV as shown in the analysis result by the TauC plot in FIG. Further, the average particle size of the quantum dots is about 4.43 nm as shown in FIG. 4, and the particles having 2/3 or more of the total number of particles are within ± 20% of the average particle size. have understood. Further, analysis by a differential thermal balance (TG) revealed that about 15% of the ligands were coordinated to the entire quantum dots as shown in FIG.
Further, from the peak value and peak pattern of the XRD spectrum of the AgBiS 2 particles shown in FIG. 6, it was proved that the AgBiS 2 solid solution was produced.
[実施例2]
300mL反応容器に、酢酸銀:Ag(OAc) 200.2mgと、ドデカンチオール:DDT 30.0mLと、硝酸ビスマス・5水和物:Bi(NO3)3・5H2O 582.2mgを入れた。そして、不活性ガス(N2)雰囲気下にて、145℃で5分間、攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
[Example 2]
In a 300 mL reaction vessel, silver acetate: Ag (OAc) 200.2 mg, dodecanethiol: DDT 30.0 mL, and bismuth nitrate pentahydrate: Bi (NO 3 ) 3.5H 2 O 582.2 mg were placed. .. Then, the raw material was dissolved by heating with stirring at 145 ° C. for 5 minutes in an atmosphere of an inert gas (N 2 ).
この溶液に、0.20Mのオクタデセンスルフィド(S-ODE)13.0mLを加え、さらに20分間、同じ温度で攪拌しつつ加熱した。 To this solution was added 13.0 mL of 0.20 M octadecene sulfide (S-ODE) and heated for an additional 20 minutes at the same temperature with stirring.
得られた反応液を室温まで冷却し、トルエンとエタノールを加え、沈殿物を発生させ、遠心分離を施して沈殿物を回収した。そして、その沈殿物にヘキサンを加えて分散させ、AgBiS2粒子の分散溶液とした。 The obtained reaction solution was cooled to room temperature, toluene and ethanol were added to generate a precipitate, and centrifugation was performed to recover the precipitate. Then, hexane was added to the precipitate and dispersed to obtain a dispersion solution of AgBiS 2 particles.
得られた分散溶液を、紫外可視分光計で測定した。その結果、図7の紫外可視近赤外吸収スペクトルが得られた。また、この合成で得られた量子ドットは、図8のTauCプロットによる解析結果に示すように、1.075eVの光学バンドギャップを有することがわかった。また、この量子ドットの平均粒径は、図9に示す通り、約4.53nmであり、全粒子数の2/3以上の粒子が、平均粒径の±20%以内に入っていることがわかった。また、示差熱天秤による解析で、図10の通り、量子ドット全体の質量に対し、約18%の配位子が配位していることが明らかとなった。 The obtained dispersion solution was measured with an ultraviolet-visible spectrometer. As a result, the ultraviolet-visible-near-infrared absorption spectrum of FIG. 7 was obtained. Further, it was found that the quantum dots obtained by this synthesis had an optical bandgap of 1.075 eV as shown in the analysis result by the TauC plot in FIG. Further, the average particle size of the quantum dots is about 4.53 nm as shown in FIG. 9, and the particles having 2/3 or more of the total number of particles are within ± 20% of the average particle size. have understood. Further, analysis by a differential thermal balance revealed that, as shown in FIG. 10, about 18% of the ligands are coordinated to the mass of the entire quantum dot.
また、図11に示すAgBiS2粒子のXRDスペクトルのピーク値及びピークパターンより、AgBiS2固溶体が生成していることが証明された。 Further, from the peak value and peak pattern of the XRD spectrum of the AgBiS 2 particles shown in FIG. 11, it was proved that the AgBiS 2 solid solution was produced.
[実施例3]
300mL反応容器に、酢酸銀:Ag(OAc) 200.2mgと、ドデカンチオール:DDT 30.0mLと、酸化酢酸ビスマス:BiO(OC(=O)CH3) 340.8mgを入れた。そして、不活性ガス(N2)雰囲気下にて、140℃で5分間、攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
[Example 3]
Silver acetate: Ag (OAc) 200.2 mg, dodecanethiol: DDT 30.0 mL, and bismuth oxide acetate: BiO (OC (= O) CH 3 ) 340.8 mg were placed in a 300 mL reaction vessel. Then, the raw material was dissolved by heating with stirring at 140 ° C. for 5 minutes in an atmosphere of an inert gas (N 2 ).
この溶液に、0.20Mのオクタデセンスルフィド(S-ODE)19.5mLを加え、さらに15分間、同じ温度で攪拌しつつ加熱した。 To this solution was added 19.5 mL of 0.20 M octadecene sulfide (S-ODE) and heated for an additional 15 minutes at the same temperature with stirring.
得られた反応液を室温まで冷却し、トルエンとエタノールを加え、沈殿物を発生させ、遠心分離を施して沈殿物を回収した。そして、その沈殿物にヘキサンを加えて分散させ、AgBiS2粒子の分散溶液とした。 The obtained reaction solution was cooled to room temperature, toluene and ethanol were added to generate a precipitate, and centrifugation was performed to recover the precipitate. Then, hexane was added to the precipitate and dispersed to obtain a dispersion solution of AgBiS 2 particles.
得られた分散溶液を、紫外可視分光計で測定した。その結果、図12の紫外可視近赤外吸収スペクトルが得られた。また、この合成で得られた量子ドットは、図13のTauCプロットによる解析結果に示すように、1.065eVの光学バンドギャップを有することがわかった。また、この量子ドットの平均粒径は、図14に示す通り、約4.23nmであり、全粒子数の2/3以上の粒子が、平均粒径の±20%以内に入っていることがわかった。また、示差熱天秤による解析で、図15の通り、量子ドット全体の質量に対し、約18%の配位子が配位していることが明らかとなった。 The obtained dispersion solution was measured with an ultraviolet-visible spectrometer. As a result, the ultraviolet-visible-near-infrared absorption spectrum of FIG. 12 was obtained. Further, it was found that the quantum dots obtained by this synthesis had an optical bandgap of 1.065 eV as shown in the analysis result by the TauC plot in FIG. Further, as shown in FIG. 14, the average particle size of the quantum dots is about 4.23 nm, and the particles having 2/3 or more of the total number of particles are within ± 20% of the average particle size. have understood. Further, analysis by a differential thermal balance revealed that, as shown in FIG. 15, about 18% of the ligands are coordinated to the mass of the entire quantum dot.
また、図16に示すAgBiS2粒子のXRDスペクトルのピーク値及びピークパターンより、AgBiS2固溶体が生成していることが証明された。 Further, from the peak value and peak pattern of the XRD spectrum of the AgBiS 2 particles shown in FIG. 16, it was proved that the AgBiS 2 solid solution was produced.
[実施例4]
300mL反応容器に、酢酸銀:Ag(OAc) 200.2mgと、ドデカンチオール:DDT 30.0mLと、酸化酢酸ビスマス:BiO(OC(=O)CH3) 340.8mgを入れた。そして、不活性ガス(N2)雰囲気下にて、100℃で5分間、攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
[Example 4]
Silver acetate: Ag (OAc) 200.2 mg, dodecanethiol: DDT 30.0 mL, and bismuth oxide acetate: BiO (OC (= O) CH 3 ) 340.8 mg were placed in a 300 mL reaction vessel. Then, the raw material was dissolved by heating with stirring at 100 ° C. for 5 minutes in an atmosphere of an inert gas (N 2 ).
この溶液に、0.20Mのオクタデセンスルフィド(S-ODE)13.0mLを加え、さらに15分間、同じ温度で攪拌しつつ加熱した。 To this solution was added 13.0 mL of 0.20 M octadecene sulfide (S-ODE) and heated for an additional 15 minutes at the same temperature with stirring.
得られた反応液を室温まで冷却し、トルエンとエタノールを加え、沈殿物を発生させ、遠心分離を施して沈殿物を回収した。そして、その沈殿物にヘキサンを加えて分散させ、AgBiS2粒子の分散溶液とした。 The obtained reaction solution was cooled to room temperature, toluene and ethanol were added to generate a precipitate, and centrifugation was performed to recover the precipitate. Then, hexane was added to the precipitate and dispersed to obtain a dispersion solution of AgBiS 2 particles.
得られた分散溶液を、紫外可視分光計で測定した。その結果、図17の紫外可視近赤外吸収スペクトルが得られた。また、この合成で得られた量子ドットは、図18のTauCプロットによる解析結果に示すように、1.10eVの光学バンドギャップを有することがわかった。また、この量子ドットの平均粒径は、図19に示す通り、約4.82nmであり、全粒子数の2/3以上の粒子が、平均粒径の±20%以内に入っていることがわかった。また、示差熱天秤による解析で、図20の通り、量子ドット全体の質量に対し、約19%の配位子が配位していることが明らかとなった。 The obtained dispersion solution was measured with an ultraviolet-visible spectrometer. As a result, the ultraviolet-visible-near-infrared absorption spectrum of FIG. 17 was obtained. It was also found that the quantum dots obtained by this synthesis had an optical bandgap of 1.10 eV, as shown in the analysis results by the TauC plot in FIG. Further, as shown in FIG. 19, the average particle size of the quantum dots is about 4.82 nm, and the particles having 2/3 or more of the total number of particles are within ± 20% of the average particle size. have understood. Further, analysis by a differential thermal balance revealed that, as shown in FIG. 20, about 19% of the ligands are coordinated to the mass of the entire quantum dot.
また、図21に示すAgBiS2粒子のXRDスペクトルのピーク値及びピークパターンより、AgBiS2固溶体が生成していることが証明された。 Further, from the peak value and peak pattern of the XRD spectrum of the AgBiS 2 particles shown in FIG. 21, it was proved that the AgBiS 2 solid solution was produced.
[実施例5]
300mL反応容器に、酢酸銀:Ag(OAc) 200.2mgと、ドデカンチオール:DDT 30.0mLと、硝酸ビスマス・5水和物:Bi(NO3)3・5H2O 582.2mgを入れた。そして、不活性ガス(N2)雰囲気下にて、100℃で5分間、攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
[Example 5]
In a 300 mL reaction vessel, silver acetate: Ag (OAc) 200.2 mg, dodecanethiol: DDT 30.0 mL, and bismuth nitrate pentahydrate: Bi (NO 3 ) 3.5H 2 O 582.2 mg were placed. .. Then, the raw material was dissolved by heating with stirring at 100 ° C. for 5 minutes in an atmosphere of an inert gas (N 2 ).
この溶液に、0.20Mのオクタデセンスルフィド(S-ODE)13.0mLを加え、さらに15分間、同じ温度で攪拌しつつ加熱した。 To this solution was added 13.0 mL of 0.20 M octadecene sulfide (S-ODE) and heated for an additional 15 minutes at the same temperature with stirring.
得られた反応液を室温まで冷却し、トルエンとエタノールを加え、沈殿物を発生させ、遠心分離を施して沈殿物を回収した。そして、その沈殿物にヘキサンを加えて分散させ、AgBiS2粒子の分散溶液とした。 The obtained reaction solution was cooled to room temperature, toluene and ethanol were added to generate a precipitate, and centrifugation was performed to recover the precipitate. Then, hexane was added to the precipitate and dispersed to obtain a dispersion solution of AgBiS 2 particles.
得られた分散溶液を、紫外可視分光計で測定した。その結果、図22の紫外可視近赤外吸収スペクトルが得られた。また、この合成で得られた量子ドットは、図23のTauCプロットによる解析結果に示すように、1.10eVの光学バンドギャップを有することがわかった。また、この量子ドットの平均粒径は、図24に示す通り、約4.52nmであり、全粒子数の2/3以上の粒子が、平均粒径の±20%以内に入っていることがわかった。また、示差熱天秤による解析で、図25の通り、量子ドット全体の質量に対し、約22%の配位子が配位していることが明らかとなった。 The obtained dispersion solution was measured with an ultraviolet-visible spectrometer. As a result, the ultraviolet-visible-near-infrared absorption spectrum of FIG. 22 was obtained. Further, it was found that the quantum dots obtained by this synthesis had an optical bandgap of 1.10 eV as shown in the analysis result by the TauC plot in FIG. Further, as shown in FIG. 24, the average particle size of the quantum dots is about 4.52 nm, and the particles having 2/3 or more of the total number of particles are within ± 20% of the average particle size. have understood. Further, analysis by a differential thermal balance revealed that, as shown in FIG. 25, about 22% of the ligands are coordinated to the mass of the entire quantum dot.
また、図26に示すAgBiS2粒子のXRDスペクトルのピーク値及びピークパターンより、AgBiS2固溶体が生成していることが証明された。 Further, from the peak value and peak pattern of the XRD spectrum of the AgBiS 2 particles shown in FIG. 26, it was proved that the AgBiS 2 solid solution was produced.
[比較例1]
300mL反応容器に、酢酸銀:Ag(OAc) 200.2mgと、オクタデセン:ODE 30.0mLと、硝酸ビスマス・5水和物:Bi(NO3)3・5H2O 582.2mgを入れた。そして、不活性ガス(N2)雰囲気下にて、150℃で5分間、攪拌しながら加熱した。
[Comparative Example 1]
Silver acetate: Ag (OAc) 200.2 mg, octadecene: ODE 30.0 mL, and bismuth nitrate pentahydrate: Bi (NO 3 ) 3.5H 2 O 582.2 mg were placed in a 300 mL reaction vessel. Then, it was heated with stirring at 150 ° C. for 5 minutes in an atmosphere of an inert gas (N 2 ).
この溶液に、0.20Mのオクタデセンスルフィド(S-ODE)13.0mLを加え、さらに15分間、同じ温度で攪拌しつつ加熱した。 To this solution was added 13.0 mL of 0.20 M octadecene sulfide (S-ODE) and heated for an additional 15 minutes at the same temperature with stirring.
得られた反応溶液(AgBiS2)を、室温まで冷却した。反応溶液は、色の変化がなく、得られた溶液からは、XRDによって原料がそのまま残存していることが確認された。 The obtained reaction solution (AgBiS 2 ) was cooled to room temperature. The reaction solution did not change in color, and it was confirmed by XRD that the raw material remained as it was from the obtained solution.
[比較例2]
300mL反応容器に、酢酸銀:Ag(OAc) 200.2mgと、ドデカンチオール:DDT 30.0mLと、硝酸ビスマス・5水和物:Bi(NO3)3・5H2O 582.2mgを入れた。そして、不活性ガス(N2)雰囲気下にて、250℃で5分間、攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
[Comparative Example 2]
In a 300 mL reaction vessel, silver acetate: Ag (OAc) 200.2 mg, dodecanethiol: DDT 30.0 mL, and bismuth nitrate pentahydrate: Bi (NO 3 ) 3.5H 2 O 582.2 mg were placed. .. Then, the raw material was dissolved by heating with stirring at 250 ° C. for 5 minutes in an atmosphere of an inert gas (N 2 ).
この溶液に、0.20Mのオクタデセンスルフィド(S-ODE)13.0mLを加え、さらに15分間、同じ温度で攪拌しつつ加熱した。 To this solution was added 13.0 mL of 0.20 M octadecene sulfide (S-ODE) and heated for an additional 15 minutes at the same temperature with stirring.
得られた反応溶液(AgBiS2)を、室温まで冷却した。反応溶液は、黒色懸濁液に変化し、得られた溶液からは、XRDによる反射ピークは全く確認されなかった。 The obtained reaction solution (AgBiS 2 ) was cooled to room temperature. The reaction solution changed to a black suspension, and no XRD reflection peak was confirmed from the obtained solution.
比較例1は、配位子であるドデカンチオールが系中に存在しないことにより、比較例2は、反応温度が250℃と高温であることにより、AgBiE2系量子ドットを適切に合成できないことがわかった。 In Comparative Example 1, the ligand dodecanethiol is not present in the system, and in Comparative Example 2, the reaction temperature is as high as 250 ° C., so that the AgBiE2 system quantum dots cannot be properly synthesized. have understood.
以上により、実施例1から実施例5によれば、AgBiE2系量子ドットが合成可能であるとわかった。 From the above, it was found that the AgBiE2 system quantum dots can be synthesized according to Examples 1 to 5.
本発明によれば、粒子径が均一で、且つ0.90~1.10eVの光学バンドギャップを有するAgBiS2量子ドットを、取り扱いが容易な反応剤を用い、且つ、中間体等を経せずに直接的に量産可能な方法で合成することができる。そして、本発明の量子ドットを、光吸収デバイス等に適用することで、装置において優れた太陽電池性能等を得ることができる。 According to the present invention, AgBiS 2 quantum dots having a uniform particle size and an optical bandgap of 0.90 to 1.10 eV are used with an easy-to-handle reactant and do not pass through an intermediate or the like. It can be synthesized by a method that can be directly mass-produced. Then, by applying the quantum dots of the present invention to a light absorption device or the like, excellent solar cell performance or the like can be obtained in the apparatus.
1 :量子ドット
1a :コア
1b :シェル
2 :有機配位子
1:
Claims (10)
前記カルコゲニド原料を含むその他の原料を順次添加する工程と、
全ての原料を添加後に、同温で引き続き反応させ、前記量子ドットを合成する工程と、
を有することを特徴とする請求項9に記載の量子ドットの製造方法。
A step of dissolving the silver raw material, the bismuth raw material, and one or two raw materials of the ligand in the high boiling point solvent heated to 100 ° C to 150 ° C.
The step of sequentially adding other raw materials including the chalcogenide raw material, and
After adding all the raw materials, the reaction is continued at the same temperature to synthesize the quantum dots.
9. The method for manufacturing a quantum dot according to claim 9.
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