KR102037047B1 - Method of synthesizing quantum dot using dual anion precursor - Google Patents

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Abstract

양자점 합성방법이 개시된다. 양자점 합성방법에 따르면, 인듐 전구체 화합물, 아연 전구체 화합물 그리고 인과 황의 이중 전구체 화합물을 포함하는 반응용액을 제조한 후 상기 반응용액을 열처리하여 In-P-Zn-S 합금으로 이루어진 나노 결정 입자를 합성할 수 있다. 이 경우, 아연 전구체 화합물은 디에틸아연(Et2Zn) 화합물을 포함하고, 인과 황의 이중 전구체 화합물은 알킬티오포스핀 화합물을 포함한다. A quantum dot synthesis method is disclosed. According to the quantum dot synthesis method, after preparing a reaction solution containing an indium precursor compound, a zinc precursor compound and a double precursor compound of phosphorus and sulfur, the reaction solution is heat-treated to synthesize nanocrystal particles composed of an In-P-Zn-S alloy. Can be. In this case, the zinc precursor compound comprises a diethylzinc (Et 2 Zn) compound, and the dual precursor compound of phosphorus and sulfur contains an alkylthiophosphine compound.

Description

이중 음이온 전구체를 이용한 양자점 합성방법{METHOD OF SYNTHESIZING QUANTUM DOT USING DUAL ANION PRECURSOR}Quantum dot synthesis method using double anion precursor {METHOD OF SYNTHESIZING QUANTUM DOT USING DUAL ANION PRECURSOR}

본 발명은 수열 합성 공정을 이용하여 In-P-Zn-S 합금으로 이루어진 양자점을 합성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for synthesizing a quantum dot made of an In—P—Zn—S alloy using a hydrothermal synthesis process.

양자점은 크기 의존적인 물리적 특성, 예를 들면, 광학 특성, 전기적 특성 등 때문에 많은 관심을 받아왔고, 최근에는 발광소자(LED), 태양전지, 바이오 이미징 등과 같은 많은 분야에 적용되고 있다. Quantum dots have received a lot of attention due to their size-dependent physical properties, for example, optical and electrical properties, and have recently been applied to many fields such as light emitting devices (LEDs), solar cells, and bio imaging.

초기에는 CdSe/ZnS 등과 같은 카드뮴계 양자점에 많은 연구가 집중되어, 현재 제조되는 카드뮴계 양자점은 요구하는 수준을 달성하였을 뿐만 아니라 몇가지 성공적인 적용도 있었다. 하지만, 카드뮴의 유독성으로 인하여 카드뮴계 양자점을 대체할 새로운 양자점이 요구되었고, 최근에는 InP/ZnS, InP/ZnSe, InP/GaP/ZnS 등과 같은 InP계 양자점에 많은 연구가 집중되고 있다. Initially, much research has been focused on cadmium-based quantum dots such as CdSe / ZnS, and currently manufactured cadmium-based quantum dots have not only achieved the required level but also have some successful applications. However, due to the toxicity of cadmium, new quantum dots are required to replace cadmium-based quantum dots. Recently, much research has been focused on InP-based quantum dots such as InP / ZnS, InP / ZnSe, InP / GaP / ZnS.

양자점 제조를 위한 전형적인 합성 방법은 계면활성제를 함유하는 비대등 용매(non-coordinating solvent)에 양이온과 음이온 전구체를 첨가하고, 이를 고온에 노출하여 양이온과 음이온의 반응을 진행시키는 것이다. Typical synthetic methods for the preparation of quantum dots are the addition of cation and anion precursors to a non-coordinating solvent containing a surfactant, which is then exposed to high temperatures to allow the cation to react with the anion.

InP계 양자점의 경우, InP의 공유 특성 및 사용가능한 음이온 전구체의 한정 때문에 InP계 양자점에서 요구되는 품질을 달성하기 위해서는 아직까지 많은 도전이 존재한다. 종래 InP 양자점 합성을 위한 음이온 전구체로 TMS3P(tris(trimethylsilyl)phosphine(P(SiMe3)3)이 널리 사용되었으나, TMS3P는 불안정하고 고 발화성 인(P)과 Na/K 합금의 사용을 포함하는 합성 공정상의 어려움으로 인하여 많은 문제점이 있었다. In the case of InP-based quantum dots, many challenges still exist to achieve the quality required for InP-based quantum dots due to the covalent nature of InP and the limitation of the available anion precursors. Conventionally, TMS 3 P (tris (trimethylsilyl) phosphine (P (SiMe 3 ) 3 ) has been widely used as an anion precursor for InP quantum dot synthesis, but TMS 3 P is unstable and uses highly ignitable phosphorus (P) and Na / K alloys. There were many problems due to difficulties in the synthesis process, including.

본 발명의 목적은 P-S 결합을 포함하는 알킬티오포스핀 화합물을 인(P)과 황(S)의 이중 전구체 화합물로 사용하여 In-P-Zn-S 합금 나노결정을 합성하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for synthesizing In-P-Zn-S alloy nanocrystals using an alkylthiophosphine compound containing a PS bond as a double precursor compound of phosphorus (P) and sulfur (S). .

본 발명의 실시예에 따른 양자점 합성방법은 인듐 전구체 화합물, 아연 전구체 화합물 그리고 인과 황의 이중 전구체 화합물을 포함하는 반응용액을 제조하는 제1 단계; 및 상기 반응용액을 열처리하여 In-P-Zn-S 합금으로 이루어진 나노 결정 입자를 합성하는 제2 단계를 포함한다. 이 경우, 상기 아연 전구체 화합물은 디에틸아연(Et2Zn) 화합물을 포함하고, 상기 인과 황의 이중 전구체 화합물은 P-S 결합을 포함하는 알킬티오포스핀 화합물을 포함할 수 있다. A method for synthesizing a quantum dot according to an embodiment of the present invention includes a first step of preparing a reaction solution including an indium precursor compound, a zinc precursor compound, and a double precursor compound of phosphorus and sulfur; And a second step of synthesizing the nanocrystalline particles made of the In—P—Zn—S alloy by heat treating the reaction solution. In this case, the zinc precursor compound may include a diethyl zinc (Et 2 Zn) compound, and the double precursor compound of phosphorus and sulfur may include an alkylthiophosphine compound including a PS bond.

일 실시예에 있어서, 상기 알킬티오포스핀 화합물은 하기 화학식 1의 트리스알킬티오포스핀 화합물을 포함할 수 있다. In one embodiment, the alkylthiophosphine compound may include a trisalkylthiophosphine compound of the formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

P(S(CH2)nCH3)3 P (S (CH 2 ) n CH 3 ) 3

상기 화학식 1에서, n은 3 이상 9 이하의 정수일 수 있다. In Formula 1, n may be an integer of 3 or more and 9 or less.

일 실시예로, 상기 알킬티오포스핀 화합물은 트리스헥실티오포스핀(Tris(hexylthio)phosphine) 화합물을 포함할 수 있다. In one embodiment, the alkylthiophosphine compound may include a trishexylthio phosphine (Tris (hexylthio) phosphine) compound.

일 실시예에 있어서, 상기 반응용액에서 상기 디에틸아연(Et2Zn) 화합물은 상기 트리스알킬티오포스핀 화합물에 부착되어 활성화된 복합체를 형성할 수 있다. In one embodiment, the diethyl zinc (Et 2 Zn) compound in the reaction solution may be attached to the trisalkylthiophosphine compound to form an activated complex.

일 실시예에 있어서, 상기 반응용액에서 상기 트리스알킬티오포스핀 화합물과 상기 디에틸아연(Et2Zn) 화합물은 1:0.5 이상 1:2 이하의 몰비율로 혼합될 수 있다. In one embodiment, the trisalkylthiophosphine compound and the diethyl zinc (Et 2 Zn) compound in the reaction solution may be mixed in a molar ratio of 1: 0.5 to 1: 2.

일 실시예에 있어서, 상기 아연 전구체 화합물은 아연 할로겐화물을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 아연 할로겐화물은 염화아연(ZnCl2), 브롬화아연(ZnBr2) 및 요오드화아연(ZnI2)로 이루어진 그룹에선 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. In one embodiment, the zinc precursor compound may further comprise a zinc halide. For example, the zinc halide may include one or more selected from the group consisting of zinc chloride (ZnCl 2 ), zinc bromide (ZnBr 2 ), and zinc iodide (ZnI 2 ).

일 실시예에 있어서, 상기 반응용액을 제조하는 제1 단계는 인듐 염화물 및 올레일아민 화합물을 유기용매 내에서 혼합하여 제1 용액을 제조하는 단계; 상기 화학식 1의 트리스알킬티오포스핀 화합물과 상기 디에틸아연(Et2Zn) 화합물을 유기용매 내에서 혼합하여 제2 용액을 제조하는 단계; 및 상기 제2 용액을 상기 제1 용액에 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 용액을 제조하는 단계에서 상기 염화인듐(InCl3)과 상기 올레일아민(C18H35NH2)이 반응하여, 6배위 인듐 올레일아민 복합체 화합물이 형성될 수 있다. In an embodiment, the first step of preparing the reaction solution may include mixing an indium chloride and an oleylamine compound in an organic solvent to prepare a first solution; Preparing a second solution by mixing the trisalkylthiophosphine compound of Formula 1 and the diethylzinc (Et 2 Zn) compound in an organic solvent; And adding the second solution to the first solution. In this case, in the preparing of the first solution, the indium chloride (InCl 3 ) and the oleylamine (C 18 H 35 NH 2 ) may be reacted to form a six-coordinated indium oleylamine complex compound.

일 실시예에 있어서, 상기 In-P-Zn-S의 합금으로 이루어진 나노 결정 입자를 피복하는 ZnS 쉘을 형성하는 제3 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the method may further include a third step of forming a ZnS shell covering the nanocrystalline particles made of the alloy of In—P—Zn—S.

종래에는 InP계 양자점을 합성할 때, 트리스트리메틸실릴포스핀(P(SiMe3)3) 화합물을 음이온 전구체 물질로 주로 사용하였으나, 상기 트리스트리메틸실릴포스핀(P(SiMe3)3) 화합물은 습기에 대한 취약성을 가지는 등 불안정하여 취급하기 어려운 문제점이 존재하였다. 하지만, 본 발명에 따르면, In-P-Zn-S의 합금으로 이루어진 나노 결정 입자를 합성함에 있어서, 안정한 트리스알킬티오포스핀과 같은 알킬티오포스핀 화합물을 인(P)과 황(S)의 이중 음이온 전구체 물질로 사용함으로써 용이하게 InP 계 양자점을 합성할 수 있다. Conventionally, when synthesizing InP-based quantum dots, tristrimethylsilylphosphine (P (SiMe 3 ) 3 ) compound was mainly used as an anion precursor material, but the tristrimethylsilylphosphine (P (SiMe 3 ) 3 ) compound was damp. There was a problem that it was unstable and difficult to handle, such as having vulnerability to However, according to the present invention, in synthesizing nanocrystalline particles made of an alloy of In-P-Zn-S, an alkylthiophosphine compound such as trisalkylthiophosphine, which is stable, may be substituted for phosphorus (P) and sulfur (S). InP-based quantum dots can be easily synthesized by using the double anion precursor material.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양자점 합성방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 THTP 및 Et2Zn를 이용한 InPZnS 합금 양자점 합성의 메카니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 THTP(a), THTP-Et2Zn의 복합체(b) 및 THTP-Et2Zn-InCl3-OLA 복합체(C)의 P-NMR 데이터를 나타내고, 도 3b는 THTP-Et2Zn의 복합체의 FAB-Mass 데이터를 나타낸다.
도 4a는 실시예 1 내지 4에 따라 합성된 양자점들에 대한 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타내고, 도 4b는 실시예 1 내지 4에 따라 합성된 양자점들의 XRD 패턴을 나타내며, 도 4c는 실시예 1 내지 4에 따라 합성된 양자점들의 TEM 이미지들을 나타낸다.
도 5a는 THTP와 Et2Zn의 몰비율이 1:1인 실시예 2의 반응용액에 대해 반응시간을 1h, 5h, 10h 및 20h로 변경하여 합성된 양자점들에 대한 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타내고, 도 5b는 상기 합성된 양자점들에 대한 XRD 패턴을 나타내며, 도 5c는 상기 합성된 양자점들에 대한 크기를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 아연할로겐화물을 도입하지 않은 반응용액을 이용하여 합성된 양자점의 발광 스펙트럼 및 XRD 패턴을 각각 나타낸다.
도 7a는 ZnCl2를 ZnBr2로 대체한 실시예 5의 반응용액을 1h, 5h, 10h, 20h 동안 반응시켜 합성한 양자점들에 대한 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타내고, 도 7b는 ZnCl2를 ZnI2로 대체한 실시예 6의 반응용액을 1h, 5h, 10h, 20h 동안 반응시켜 합성한 양자점들에 대한 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸다.
도 8은 실시예 2, 실시예 5 및 실시예 6의 반응용액들을 20h 동안 반응시켜 합성한 InPZnS 합금 나노결정들 각각에 ZnS 쉘을 형성한 양자점들에 대해 측정된 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸다.
1 is a flowchart illustrating a quantum dot synthesis method according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the mechanism of the synthesis of InPZnS alloy quantum dots using THTP and Et 2 Zn.
FIG. 3A shows P-NMR data of THTP (a), THTP-Et 2 Zn complex (b) and THTP-Et 2 Zn-InCl 3 -OLA complex (C), FIG. 3B of THTP-Et 2 Zn The FAB-Mass data of the complex is shown.
4A shows absorption and emission spectra of quantum dots synthesized according to Examples 1 to 4, FIG. 4B shows XRD patterns of quantum dots synthesized according to Examples 1 to 4, and FIG. 4C shows Examples 1 to 4 TEM images of quantum dots synthesized according to FIG.
5a shows absorption and emission spectra of quantum dots synthesized by changing the reaction time to 1h, 5h, 10h and 20h for the reaction solution of Example 2 having a molar ratio of THTP and Et 2 Zn of 1: 1; FIG. 5B shows the XRD pattern for the synthesized quantum dots, and FIG. 5C shows the size for the synthesized quantum dots.
6A and 6B show emission spectra and XRD patterns of quantum dots synthesized using a reaction solution without zinc halide.
7a shows absorption and emission spectra of quantum dots synthesized by reacting the reaction solution of Example 5 in which ZnCl 2 was replaced with ZnBr 2 for 1h, 5h, 10h, and 20h, and FIG. 7b shows ZnCl 2 as ZnI 2 . The reaction solution of Example 6 was replaced with 1h, 5h, 10h, and 20h to show absorption and emission spectra of the synthesized quantum dots.
FIG. 8 shows absorption and emission spectra measured for quantum dots in which ZnS shells were formed on InPZnS alloy nanocrystals synthesized by reacting the reaction solutions of Examples 2, 5 and 6 for 20 h.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features or steps. It is to be understood that the present invention does not exclude, in advance, the possibility of the presence or addition of any operation, component, part, or combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양자점 합성방법을 설명하기 위한 순서도이다. 1 is a flowchart illustrating a quantum dot synthesis method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 양자점 합성방법은 인듐 전구체 화합물, 아연 전구체 화합물 그리고 인과 황의 이중 전구체 화합물을 포함하는 반응용액을 제조하는 제1 단계(S110); 상기 반응용액을 열처리하여 In-P-Zn-S 합금으로 이루어진 나노 결정 입자를 합성하는 제2 단계(S120)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a quantum dot synthesis method according to an embodiment of the present invention may include a first step (S110) of preparing a reaction solution including an indium precursor compound, a zinc precursor compound, and a double precursor compound of phosphorus and sulfur; Heat treating the reaction solution to synthesize nanocrystal particles made of an In—P—Zn—S alloy (S120).

상기 제1 단계(S110)에 있어서, 상기 인듐 전구체 화합물은 인듐염화물(indium chloride)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 인듐 전구체 화합물로는 염화인듐(InCl3)과 올레일아민(C18H35NH2)의 복합체가 사용될 수 있다. In the first step (S110), the indium precursor compound may include indium chloride. In one embodiment, a complex of indium chloride (InCl 3 ) and oleylamine (C 18 H 35 NH 2 ) may be used as the indium precursor compound.

상기 아연 전구체 화합물은 디에틸아연(Et2Zn) 화합물을 포함할 수 있다. 한편, 상기 아연 전구체 화합물은 상기 디에틸아연(Et2Zn) 화합물과 함께 아연 할로겐화물을 더 포함할 수 있다. 상기 아연 할로겐화물은 아연염화물(ZnCl2), 아연브롬화물(ZnBr2), 아연요오드화물(ZnI2) 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The zinc precursor compound may include a diethyl zinc (Et 2 Zn) compound. On the other hand, the zinc precursor compound may further include a zinc halide together with the diethylzinc (Et 2 Zn) compound. The zinc halide may include one or more selected from zinc chloride (ZnCl 2 ), zinc bromide (ZnBr 2 ), and zinc iodide (ZnI 2 ).

상기 인과 황의 이중 전구체 화합물은 P-S 결합을 포함하는 알킬티오포스핀 화합물을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 상기 인과 황의 이중 전구체 화합물은 하기 화학식 1의 트리스알킬티오포스핀 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 인과 황의 이중 전구체 화합물은 트리스헥실티오포스핀(Tris(hexylthio)phosphine) 화합물을 포함할 수 있다. The double precursor compound of phosphorus and sulfur may include an alkylthiophosphine compound containing a P-S bond. In one embodiment, the double precursor compound of phosphorus and sulfur may include a trisalkylthiophosphine compound of the formula (1). For example, the double precursor compound of phosphorus and sulfur may include a trishexylthio phosphine (Tris (hexylthio) phosphine) compound.

[화학식 1][Formula 1]

P(S(CH2)nCH3)3 P (S (CH 2 ) n CH 3 ) 3

상기 화학식 1에서, n은 3 이상 9 이하의 정수일 수 있다. n이 3 미만인 경우에는 반응 속도를 제어할 수 없는 문제점이 발생할 수 있고, 9를 초과하는 경우에는 양자점 합성 반응이 지나치게 느려지는 문제점이 발생할 수 있다. 예를 들면, n은 4 이상 7 이하의 정수일 수 있다.In Formula 1, n may be an integer of 3 or more and 9 or less. If n is less than 3, a problem that cannot control the reaction rate may occur, and if it exceeds 9, a problem may occur that the quantum dot synthesis reaction is too slow. For example, n may be an integer of 4 or more and 7 or less.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 단계(S110)는 상기 인듐 염화물 및 상기 올레일아민 화합물을 유기용매 내에서 혼합하여 제1 용액을 제조하는 단계; 상기 화학식 1의 트리스알킬티오포스핀 화합물과 상기 디에틸아연(Et2Zn) 화합물을 유기용매 내에서 혼합하여 제2 용액을 제조하는 단계; 및 상기 제2 용액을 상기 제1 용액에 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, the first step (S110) comprises the steps of mixing the indium chloride and the oleylamine compound in an organic solvent to prepare a first solution; Preparing a second solution by mixing the trisalkylthiophosphine compound of Formula 1 and the diethylzinc (Et 2 Zn) compound in an organic solvent; And adding the second solution to the first solution.

상기 제1 용액을 제조하는 단계에서, 염화인듐(InCl3)과 올레일아민(C18H35NH2)이 반응하여, 6배위 인듐 올레일아민 복합체 화합물이 형성될 수 있다. 이를 위해, 상기 인듐 염화물 및 상기 올레일아민 화합물을 유기용매에 첨가한 후 이를 약 100 내지 120℃의 온도로 가열할 수 있고, 상기 가열 온도에서 약 1 내지 3 시간 동안 진공 상태로 유지될 수 있다. In the preparing of the first solution, indium chloride (InCl 3 ) and oleylamine (C 18 H 35 NH 2 ) may be reacted to form a six-coordinated indium oleylamine complex compound. To this end, the indium chloride and the oleylamine compound may be added to an organic solvent and then heated to a temperature of about 100 to 120 ° C., and maintained at a vacuum for about 1 to 3 hours at the heating temperature. .

일 실시예로, 상기 제1 용액에서, 상기 인듐염화물과 상기 올레일아민(C18H35NH2)은 약 1:3 이상 1:80 이하의 몰비율로 혼합될 수 있다. 상기 인듐염화물과 상기 올레일아민(C18H35NH2)의 몰비율이 1:3 미만이거나 1:80을 초과하는 경우에는 양자수득률(Quantum Yield)이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. In an embodiment, in the first solution, the indium chloride and the oleylamine (C 18 H 35 NH 2 ) may be mixed in a molar ratio of about 1: 3 or more and 1:80 or less. When the molar ratio of the indium chloride and the oleylamine (C 18 H 35 NH 2 ) is less than 1: 3 or more than 1:80, a problem may occur in that quantum yield is lowered.

한편, 상기 제1 용액을 제조하기 위해, 상기 인듐 염화물 및 상기 올레일아민 화합물과 함께 상기 아연 할로겐화물이 추가로 상기 유기용매에 첨가되어 혼합될 수 있다. 일 실시예로, 상기 제1 용액에서, 상기 인듐 염화물과 상기 아연 할로겐화물은 약 1:1 이상 1:10 이하의 몰비율로 혼합될 수 있다. Meanwhile, in order to prepare the first solution, the zinc halide may be further added to the organic solvent and mixed with the indium chloride and the oleylamine compound. In one embodiment, in the first solution, the indium chloride and the zinc halide may be mixed in a molar ratio of about 1: 1 or more and 1:10 or less.

상기 제2 용액을 제조하는 단계에서, 상기 디에틸아연(Et2Zn) 화합물은 상기 트리스알킬티오포스핀 화합물에 부착되어 활성화된 복합체를 형성할 수 있다. 상기 트리스알킬티오포스핀 화합물의 경우, P-S 결합의 안정성으로 인하여 양자점 합성 반응이 거의 일어나지 않는 문제점이 있으나, 루이스 산의 일종인 디에틸아연(Et2Zn) 화합물과 결합된 경우에는 상기 디에틸아연(Et2Zn) 화합물이 활성화 물질로 작용하여 유효하게 양자점이 합성될 수 있다. In preparing the second solution, the diethylzinc (Et 2 Zn) compound may be attached to the trisalkylthiophosphine compound to form an activated complex. In the case of the trisalkylthiophosphine compound, there is a problem that the quantum dot synthesis reaction hardly occurs due to the stability of the PS bond. However, when the trisalkylthiophosphine compound is combined with a diethyl zinc (Et 2 Zn) compound, which is a kind of Lewis acid, A quantum dot can be effectively synthesized by the (Et 2 Zn) compound acting as an activating material.

일 실시예로, 상기 제2 용액에서, 상기 트리스알킬티오포스핀 화합물과 상기 디에틸아연(Et2Zn) 화합물은 약 1:0.5 이상 1:2 이하의 몰비율로 혼합될 수 있다. 상기 트리스알킬티오포스핀 화합물과 상기 디에틸아연(Et2Zn) 화합물의 몰비율이 1:0.5 미만이거나 1:2를 초과하는 경우에는 양자수득률(Quantum Yield)이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. In one embodiment, in the second solution, the trisalkylthiophosphine compound and the diethylzinc (Et 2 Zn) compound may be mixed in a molar ratio of about 1: 0.5 or more and 1: 2 or less. When the molar ratio of the trisalkylthiophosphine compound and the diethyl zinc (Et 2 Zn) compound is less than 1: 0.5 or greater than 1: 2, a problem may occur in that quantum yield is lowered.

상기 제2 단계 동안, 상기 반응용액은 약 250 내지 300℃의 온도에서 약 15 내지 25시간 동안 유지되는 방식으로 열처리될 수 있다. 이와 같은 열처리 동안, 인듐 전구체 물질인 인듐 올레일아민 복합체와 상기 디에틸아연(Et2Zn) 화합물과 상기 트리스알킬티오포스핀 화합물의 결합에 의해 생성된 활성화 복합체가 반응하여 In-P-Zn-S의 합금으로 이루어진 나노 결정 입자가 합성될 수 있다. During the second step, the reaction solution may be heat treated in such a manner that it is maintained for about 15 to 25 hours at a temperature of about 250 to 300 ℃. During such heat treatment, an indium oleylamine complex, an indium precursor material, and an activating complex produced by the combination of the diethylzinc (Et 2 Zn) compound and the trisalkylthiophosphine compound react to form In-P-Zn-. Nanocrystalline particles made of an alloy of S can be synthesized.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 양자점 합성방법은 상기 제2 단계(S120) 이후, 상기 In-P-Zn-S의 합금으로 이루어진 나노 결정 입자를 피복하는 ZnS 쉘을 형성하는 제3 단계(S130)를 더 포함할 수 있다. On the other hand, quantum dot synthesis method according to an embodiment of the present invention after the second step (S120), a third step (S130) to form a ZnS shell covering the nano-crystal particles made of the alloy of In-P-Zn-S ) May be further included.

상기 ZnS 쉘을 형성하기 위해, 상기 In-P-Zn-S의 합금으로 이루어진 나노 결정 입자가 합성된 상기 반응용액에 황(S) 입자가 용해된 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine)을 첨가한 후, 약 250 내지 300℃의 온도에서 약 15 내지 25시간 동안 유지할 수 있다. In order to form the ZnS shell, after addition of trioctylphosphine in which sulfur (S) particles are dissolved in the reaction solution in which nanocrystalline particles made of the alloy of In-P-Zn-S are synthesized, It may be maintained for about 15 to 25 hours at a temperature of about 250 to 300 ℃.

종래에는 InP계 양자점을 합성할 때, 트리스트리메틸실릴포스핀(P(SiMe3)3) 화합물을 음이온 전구체 물질로 주로 사용하였으나, 상기 트리스트리메틸실릴포스핀(P(SiMe3)3) 화합물은 습기에 대한 취약성을 가지는 등 불안정하여 취급하기 어려운 문제점이 존재하였다. 하지만, 본 발명에 따르면, In-P-Zn-S의 합금으로 이루어진 나노 결정 입자를 합성함에 있어서, 안정한 트리스알킬티오포스핀과 같은 알킬티오포스핀 화합물을 인(P)과 황(S)의 이중 음이온 전구체 물질로 사용함으로써 용이하게 InP 계 양자점을 합성할 수 있다. Conventionally, when synthesizing InP-based quantum dots, tristrimethylsilylphosphine (P (SiMe 3 ) 3 ) compound was mainly used as an anion precursor material, but the tristrimethylsilylphosphine (P (SiMe 3 ) 3 ) compound was damp. There was a problem that it was unstable and difficult to handle, such as having vulnerability to However, according to the present invention, in synthesizing nanocrystalline particles made of an alloy of In-P-Zn-S, an alkylthiophosphine compound such as trisalkylthiophosphine, which is stable, may be substituted for phosphorus (P) and sulfur (S). InP-based quantum dots can be easily synthesized by using the double anion precursor material.

이하 본 발명의 실시예 및 실험예에 대해 상술한다. 하기의 실시예는 본 발명의 다양한 실시형태 중 일부에 관한 것으로서, 본 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다. Hereinafter, examples and experimental examples of the present invention will be described in detail. The following examples relate to some of the various embodiments of the present invention, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following examples.

<트리스헥실티오포스핀(THTP)의 합성><Synthesis of trishexylthiophosphine (THTP)>

테트라하이드로퓨란(70mL) 용매 및 1-헥산티올(9.3 mL, 65.5 mmol)로 이루어진 용액에 N,N-디메틸아닐린(DMA)(5.5 mL, 14.6 mmol)을 0℃에서 한 방울씩 첨가한 후 온도를 0℃로부터 상온까지 천천히 증가시키면서, 최종 용액을 16h 동안 교반하였다. 이어서, 상기 혼합물을 필터링하여 반응 동안 생성된 고체상을 제거하였고, 여과을 Et2O 및 H2O를 이용하여 추출하였다. 유기층을 분리하고 Na2SO4 상에서 건조한 후 원심분리하였다. 이어서 잔여물은 용리제로 헥산-EtOAc(25:1)을 이용하여 컬럼크로마토그래피되었고, THTP 무색 액체를 90%의 수율로 획득하였다. To a solution consisting of tetrahydrofuran (70 mL) solvent and 1-hexanethiol (9.3 mL, 65.5 mmol), N, N-dimethylaniline (DMA) (5.5 mL, 14.6 mmol) was added dropwise at 0 ° C. and then The final solution was stirred for 16 h while slowly increasing from 0 ° C. to room temperature. The mixture was then filtered to remove the solid phase generated during the reaction, and filtration was extracted using Et 2 O and H 2 O. The organic layer was separated, dried over Na 2 SO 4 and centrifuged. The residue was then column chromatographed with hexane-EtOAc (25: 1) as eluent to give THTP colorless liquid in 90% yield.

<InPZnS 합금 코어의 합성>Synthesis of InPZnS Alloy Core

[실시예 1]Example 1

InCl3(53 mg, 0.24 mmol) 및 ZnCl2(164 mg, 1.2 mmol)를 25 mL 플라스크 내에 수용된 OLA(C18H35NH2)(4 mL, 12 mmol) 및 1mL의 ODE(octadecene, C18H36) 내에서 혼합하였고, 이를 110℃까지 가열한 후 2시간 동안 진공 하에서 유지하여 제1 용액을 제조하였다.InCl 3 (53 mg, 0.24 mmol) and ZnCl 2 (164 mg, 1.2 mmol) were housed in a 25 mL flask with OLA (C 18 H 35 NH 2 ) (4 mL, 12 mmol) and 1 mL of ODE (octadecene, C 18). H 36 ), which was heated to 110 ° C. and maintained under vacuum for 2 hours to prepare a first solution.

가스를 제거한 후 THTP(82.4 mg, 0.24 mmol)가 첨가된 1mL ODE 용액 및 Et2Zn(0.25 mL)를 글로브박스 내의 주사기에 적재하여 제2 용액을 제조하였다. 이 때, THTP에 대한 Et2Zn의 몰비율이 0.75가 되도록 상기 Et2Zn을 첨가하였다.After degassing, a 1 mL ODE solution and Et 2 Zn (0.25 mL) added with THTP (82.4 mg, 0.24 mmol) were loaded into a syringe in a glovebox to prepare a second solution. At this time, Et 2 Zn was added so that the molar ratio of Et 2 Zn to THTP was 0.75.

상기 주사기의 제2 용액을 상온에서 상기 25 mL의 플라스크의 제1 용액에 첨가하여 반응용액을 제조하였고, 반응용액을 280℃까지 가열한 후 소정 시간 동안 유지하여 InPZnS 합금 나노결정을 합성하였다. A second solution of the syringe was added to the first solution of the 25 mL flask at room temperature to prepare a reaction solution. The reaction solution was heated to 280 ° C. and maintained for a predetermined time to synthesize InPZnS alloy nanocrystals.

[실시예 2]Example 2

제2 용액에서, THTP에 대한 Et2Zn의 몰비율이 1이 되도록 THTP 및 Et2Zn을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 InPZnS 합금 나노결정을 합성하였다. The InPZnS the alloy nanocrystals were synthesized THTP and Et 2 Zn 2-2 solution, a molar ratio of Et 2 Zn to THTP to be 1 in the same manner as in Example 1 except that a mixture.

[실시예 3]Example 3

제2 용액에서, THTP에 대한 Et2Zn의 몰비율이 1.25가 되도록 THTP 및 Et2Zn을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 InPZnS 합금 나노결정을 합성하였다. The InPZnS the alloy nanocrystals were synthesized THTP and Et 2 Zn 2-2 solution, a molar ratio of Et 2 Zn to THTP to be 1.25 in the same manner as in Example 1 except that a mixture.

[실시예 4]Example 4

제2 용액에서, THTP에 대한 Et2Zn의 몰비율이 1.5가 되도록 THTP 및 Et2Zn을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 InPZnS 합금 나노결정을 합성하였다. The InPZnS the alloy nanocrystals were synthesized THTP and Et 2 Zn 2-2 solution, a molar ratio of Et 2 Zn to THTP to be 1.5 in the same manner as in Example 1 except that a mixture.

[실시예 5]Example 5

ZnCl2를 ZnBr2로 대체한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 InPZnS 합금 나노결정을 합성하였다. The ZnCl 2 was synthesized InPZnS alloy nanocrystals in the same manner as in Example 2 was replaced with ZnBr 2.

[실시예 6]Example 6

ZnCl2를 ZnI2로 대체한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 InPZnS 합금 나노결정을 합성하였다. InPZnS alloy nanocrystals were synthesized in the same manner as in Example 2, except that ZnCl 2 was replaced with ZnI 2 .

<ZnS 쉘의 형성><Formation of ZnS Shell>

[실시예 7 내지 12][Examples 7 to 12]

격막으로 밀봉된 10 mL 바이알에 황(S)(0.36g, 11 mmol)를 넣은 후 상온에서 10분 동안 가스를 제거하였다. 질소(N2)를 충진한 후 TOP(trioctylphosphine) 5mL를 첨가하였고, 이어서 초음파 처리를 통해 S를 용해시킴으로써 TOP-S를 합성하였다. Sulfur (S) (0.36 g, 11 mmol) was added to a 10 mL vial sealed with a septum, and then degassed at room temperature for 10 minutes. After filling with nitrogen (N 2 ), 5 mL of TOP (trioctylphosphine) was added, and then TOP-S was synthesized by dissolving S through sonication.

InPZnS 합금 나노결정이 합성된 실시예 1 내지 6의 반응용액에 상기 TOP-S(2.2 M) 0.55 mL를 첨가하였고, 이를 280℃에서 20시간동안 유지하여 상기 InPZnS 합금 나노결정의 표면에 ZnS 쉘을 형성하였다. 0.55 mL of the TOP-S (2.2 M) was added to the reaction solution of Examples 1 to 6 in which InPZnS alloy nanocrystals were synthesized, and the ZnS shell was formed on the surface of the InPZnS alloy nanocrystals by maintaining it at 280 ° C. for 20 hours. Formed.

[실험예]Experimental Example

도 2는 THTP 및 Et2Zn를 이용한 InPZnS 합금 양자점 합성의 메카니즘을 설명하기 위한 도면이다. 2 is a view for explaining the mechanism of the synthesis of InPZnS alloy quantum dots using THTP and Et 2 Zn.

도 2를 참조하면, InCl3 및 OLA에 의해 인듐 전구체로 작용하는 6 배위 인듐 올레일아민 복합체가 형성되고, Et2Zn이 THTP에 부착되어 활성화된 복합체가 형성되며, 이들이 반응하여 InPZnS 합금 양자점 합성되는 것으로 판단된다. Referring to FIG. 2, InCl 3 and OLA form a six-coordinated indium oleylamine complex that functions as an indium precursor, and Et 2 Zn is attached to THTP to form an activated complex, which reacts to synthesize InPZnS alloy quantum dots. It seems to be.

종래에도 THTP를 음이온 전구체로 사용하고자 하는 노력들이 있었으나, THTP에 존재하는 P-S 결합의 안정성으로 인하여 이러한 노력들의 대부분은 성공하지 못하였다. 본 발명에서는 루이스 산의 일종인 디에틸아연(Et2Zn)을 활성화 물질로 적용함으로써 성공적으로 양자점을 합성할 수 있었다. There have been efforts to use THTP as an anion precursor in the past, but most of these efforts have not been successful due to the stability of PS bonds present in THTP. In the present invention, quantum dots were successfully synthesized by applying diethylzinc (Et 2 Zn), which is a type of Lewis acid, as an activating material.

도 3a는 THTP(a), THTP-Et2Zn의 복합체(b) 및 THTP-Et2Zn-InCl3-OLA 복합체(C)의 P-NMR 데이터를 나타내고, 도 3b는 THTP-Et2Zn의 복합체의 FAB-Mass 데이터를 나타낸다. 도 3a 및 도 3b의 데이터는 THTP 및 Et2Zn를 ODE 용매 내에서 혼합한 샘플에 대해 측정되었다. 도 3a의 (a)는 ODE 용매 내에 THTP를 첨가한 샘플 1에 대해 측정된 결과이고, 도 3a의 (b) 및 도 3b는 ODE 용매 내에서 THTP 및 Et2Zn를 혼합한 샘플 2에 대해 측정된 결과이며, 도 3a의 (c)는 ODE 용매 내에서 THTP 및 Et2Zn 그리고 InCl3 및 OLA를 혼합한 샘플 3에 대해 측정한 결과이다. FIG. 3A shows P-NMR data of THTP (a), THTP-Et 2 Zn complex (b) and THTP-Et 2 Zn-InCl 3 -OLA complex (C), FIG. 3B of THTP-Et 2 Zn The FAB-Mass data of the complex is shown. The data in FIGS. 3A and 3B were measured for samples of THTP and Et 2 Zn mixed in ODE solvent. (A) of FIG. 3A is a result measured for Sample 1 to which THTP was added in an ODE solvent, and FIGS. 3A and 3B are for Sample 2 to which THTP and Et 2 Zn were mixed in an ODE solvent. (C) of FIG. 3A is a result measured for Sample 3 in which THTP and Et 2 Zn and InCl 3 and OLA were mixed in an ODE solvent.

도 3a의 (b)에서 (a)에는 존재하는 않는 86.01 ppm에서의 신규 피크가 관찰되었고, 도 3b에서는 504의 분자 이온 피크(M+)가 관찰되었다. 질량 데이터는 동일한 분자 질량을 나타내고, 86.01 ppm에서의 새로운 피크는 3배위 포스핀이 4배위 포스핀으로 변형될 때 나타나는 업필드 방향의 쉬프트이기 때문에, 이들 데이터로부터 THTP와 Et2Zn이 반응하여 THTP-Et2Zn의 복합체가 형성됨을 확인할 수 있다. In (b) of FIG. 3A, a new peak at 86.01 ppm, which is not present in (a), was observed, and in FIG. 3B, a molecular ion peak (M +) of 504 was observed. Since the mass data show the same molecular mass, and the new peak at 86.01 ppm is a shift in the upfield direction that appears when the three coordinating phosphine is transformed into a fourth coordinating phosphine, THTP and Et 2 Zn react with THTP from these data. It can be seen that a complex of -Et 2 Zn is formed.

또한, 도 3a의 (c)에서 (a) 및 (b)에는 존재하지 않는 191.83 ppm에서의 새로운 피크가 관찰되는데, 이 데이터로부터 InCl3와 OLA가 반응하여 6 배위 인듐 올레일아민 복합체가 형성됨을 확인할 수 있다. In addition, a new peak at 191.83 ppm, which is not present in (a) and (b), is observed in (c) of FIG. 3A, from which the InCl 3 and OLA react to form a six-coordinated indium oleylamine complex. You can check it.

도 4a는 실시예 1 내지 4에 따라 합성된 양자점들에 대한 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타내고, 도 4b는 실시예 1 내지 4에 따라 합성된 양자점들의 XRD 패턴을 나타내며, 도 4c는 실시예 1 내지 4에 따라 합성된 양자점들의 TEM 이미지들을 나타낸다. 그리고 하기 표 1은 ICP에 의한 원소 분석 결과를 나타낸다. 도 4a 내지 도 4c는 반응용액들을 20h 동안 반응시켜 합성된 양자점들에 대해 측정된 결과이다. 4A shows absorption and emission spectra of quantum dots synthesized according to Examples 1 to 4, FIG. 4B shows XRD patterns of quantum dots synthesized according to Examples 1 to 4, and FIG. 4C shows Examples 1 to 4 TEM images of quantum dots synthesized according to FIG. And Table 1 below shows the results of elemental analysis by ICP. 4A to 4C illustrate the results of quantum dots synthesized by reacting the reaction solutions for 20 h.

THTP와 Et2Zn의 몰비율Molar ratio of THTP and Et 2 Zn 1:0.751: 0.75 1:11: 1 1:1.251: 1.25 1:1.51: 1.5 발광피크파장(nm)Light emission peak wavelength (nm) 577577 568568 525525 510510 In/Zn ratioIn / Zn ratio 30/70 (0.43)30/70 (0.43) 23/76 (0.30)23/76 (0.30) 20/80 (0.25)20/80 (0.25) 15/85 (0.18)15/85 (0.18)

도 4a의 (a)를 참조하면, THTP와 Et2Zn의 몰비율이 1:0.75 및 1:1인 조건에서 합성된 양자점들에 대한 흡수 데이터(a)에서는 570nm 부근에서의 밴드 에지 피크가 나타났고, Et2Zn의의 양이 증가함에 따라 블루 쉬프트되는 것으로 나타났다. 하지만, THTP와 Et2Zn의 몰비율이 1:1.25 및 1:1.5인 조건에서 합성된 양자점들의 흡수 스펙트럼에서는 상기와 같은 흡수 피크는 관찰되지 않았다. Referring to (a) of FIG. 4A, band edge peaks around 570 nm are shown in absorption data (a) of quantum dots synthesized under molar ratios of THTP and Et 2 Zn of 1: 0.75 and 1: 1. And appeared to shift blue as the amount of Et 2 Zn increased. However, such absorption peaks were not observed in the absorption spectra of the quantum dots synthesized under conditions in which the molar ratios of THTP and Et 2 Zn were 1: 1.25 and 1: 1.5.

도 4a의 (b) 및 표 1을 참조하면, Et2Zn의 비율이 증가함에 따라, 합성된 양자점의 발광 파장은 블루 쉬프트되는 것으로 나타났으며, 양자점에서 아연의 비율이 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 도 4b를 참조하면, THTP에 대한 Et2Zn의 몰비율이 증가할수록 회절 패턴은 벌크 ZnS 방향으로 쉬프트되는 것으로 나타났다. Referring to FIG. 4A (b) and Table 1, as the ratio of Et 2 Zn is increased, the emission wavelength of the synthesized quantum dots was found to be blue shifted, and the ratio of zinc in the quantum dots was increased. 4B, the diffraction pattern was shifted in the bulk ZnS direction as the molar ratio of Et 2 Zn to THTP was increased.

In/Zn 비율과 발광파장 사이의 관계는 양자점 구조를 결정하는데 도움을 줄 수 있다. 구체적으로, InPZnS 합금 구조에서는 ZnS가 InP보다 더 넓은 밴드갭을 가지기 때문에 Zn 비율이 증가할수록 발광 파장이 블루 쉬프트되는 반면, InP/ZnS 코어쉘 구조에서는 코어와 쉘의 밴드 배열 때문에 Zn의 비율이 증가할수록 발광 파장이 레드 쉬프트된다. The relationship between the In / Zn ratio and the emission wavelength can help to determine the quantum dot structure. Specifically, in the InPZnS alloy structure, since the ZnS has a wider bandgap than InP, the emission wavelength is blue shifted as the Zn ratio is increased, whereas in the InP / ZnS coreshell structure, the Zn ratio is increased due to the band arrangement of the core and the shell. The more the light emission wavelength is shifted red.

본 발명에서는 도 4a, 도 4b 및 표 1에 나타난 바와 같이, Zn의 비율이 증가할수록 발광 파장이 블루 쉬프트되므로, 본 발명에 따라 합성된 양자점은 InPZnS 합금 구조를 가지는 것으로 판단된다. In the present invention, as shown in Figure 4a, 4b and Table 1, the emission wavelength is blue shifted as the ratio of Zn increases, it is determined that the quantum dots synthesized according to the present invention has an InPZnS alloy structure.

도 4c를 참조하면, THTP와 Et2Zn의 몰비율이 변화하더라도 합성된 양자점들의 크기는 크게 변화하지 않는 것으로 나타났고, 약 4.5 nm 정도의 크기를 갖는 양자점들이 합성되었다. Referring to FIG. 4C, even when the molar ratio of THTP and Et 2 Zn is changed, the synthesized quantum dots do not change significantly, and quantum dots having a size of about 4.5 nm are synthesized.

한편, 반응용액에서 Et2Zn/THTP 몰비율이 0.75 및 1인 경우에는 9.07% 및 10.2%의 양자수득률이 각각 나타내었으나, Et2Zn/THTP 몰비율이 1.25 및 1.5인 경우에는 5.8% 및 5.6%의 양자 수득률을 각각 나타내었다. 따라서, 높은 양자 수득률을 달성하기 위해서는, 반응용액에서 Et2Zn/THTP 몰비율을 약 0.7 내지 1.1로 조절하는 것이 바람직하다. On the other hand, when the Et 2 Zn / THTP molar ratios were 0.75 and 1, the quantum yields were 9.07% and 10.2%, respectively, whereas the Et 2 Zn / THTP molar ratios were 1.25 and 1.5, respectively, 5.8% and 5.6. Proton yields of% are shown respectively. Therefore, in order to achieve high quantum yield, it is preferable to adjust the Et 2 Zn / THTP molar ratio in the reaction solution to about 0.7 to 1.1.

도 5a는 THTP와 Et2Zn의 몰비율이 1:1인 실시예 2의 반응용액에 대해 반응시간을 1h, 5h, 10h 및 20h로 변경하여 합성된 양자점들에 대한 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타내고, 도 5b는 상기 합성된 양자점들에 대한 XRD 패턴을 나타내며, 도 5c는 상기 합성된 양자점들에 대한 크기를 나타낸다. 5a shows absorption and emission spectra of quantum dots synthesized by changing the reaction time to 1h, 5h, 10h and 20h for the reaction solution of Example 2 having a molar ratio of THTP and Et 2 Zn of 1: 1; FIG. 5B shows the XRD pattern for the synthesized quantum dots, and FIG. 5C shows the size for the synthesized quantum dots.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 반응시간이 증가할수록 합성된 양자점들의 흡수 및 발광 스펙트럼은 모두 더 짧은 파장 영역(발광 스펙트럼에서는 578 nm로부터 550 nm으로, 흡수 스펙트럼에서는 530 nm로부터 510 nm로 이동)으로 이동하는 것으로 나타났다. XRD 패턴 역시 벌크 ZnS 방향으로 쉬프트되는 것으로 나타났다. 이는 합금 구조에서 반응 시간이 증가함에 따라 ZnS의 비율이 증가되었음을 의미한다. 5A and 5B, as the reaction time increases, both the absorption and emission spectra of the synthesized quantum dots shift from a shorter wavelength range (578 nm to 550 nm in the emission spectrum and from 530 nm to 510 nm in the absorption spectrum). ). The XRD pattern was also shifted in the bulk ZnS direction. This means that the proportion of ZnS increased with increasing reaction time in the alloy structure.

한편, 양자 수득률(QY)은 반응시간이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 1h, 5h, 10h, 20h의 반응시간에서의 샘플들은 1%, 4.4%, 8.6%, 10.2%의 양자수득률을 각각 나타내었고, 그 이후로는 어떠한 추가적인 변화가 없는 것으로 나타났다. 따라서, 반응용액에 대한 반응시간은 약 20h 이상이 바람직하다. On the other hand, the quantum yield (QY) was found to increase with increasing reaction time. Samples at reaction times of 1h, 5h, 10h and 20h showed quantum yields of 1%, 4.4%, 8.6% and 10.2%, respectively, after which no further changes were seen. Therefore, the reaction time for the reaction solution is preferably about 20 h or more.

도 5c를 참조하면, 약 10h까지는 반응시간이 증가함에 따라 입자의 크기도 조금 증가(3.71 nm로부터 4.51 nm로)하는 것으로 나타났으나, 반응시간이 10h을 초과하는 경우에는 반응시간이 증가하더라도 입자크기가 거의 변화하지 않는 것으로 나타났다. Referring to FIG. 5C, the particle size was also slightly increased (from 3.71 nm to 4.51 nm) as the reaction time was increased up to about 10 h. However, when the reaction time was greater than 10 h, the particles were increased. It was found that the size hardly changed.

이러한 측정으로부터, 10h 및 20h 반응시간 사이의 양자수득률 변화는 양자점의 결정화도가 반응시간이 지남에 따라 향상되기 때문인 것으로 판단된다. From these measurements, it is determined that the change in quantum yield between 10h and 20h reaction time is because the crystallinity of the quantum dots improves over the reaction time.

도 6a 및 도 6b는 아연할로겐화물을 도입하지 않은 반응용액을 이용하여 합성된 양자점의 발광 스펙트럼 및 XRD 패턴을 각각 나타낸다. 6A and 6B show emission spectra and XRD patterns of quantum dots synthesized using a reaction solution without zinc halide.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 반응용액에 아연 전구체 화합물로 Et2Zn만을 도입하고 아연할로겐화물을 도입하지 않는 경우, 합성된 양자점의 광학 특성이 저하됨을 확인할 수 있다. 6A and 6B, when only Et 2 Zn is introduced as a zinc precursor compound and no zinc halide is introduced into the reaction solution, the optical properties of the synthesized quantum dots may be deteriorated.

도 7a는 ZnCl2를 ZnBr2로 대체한 실시예 5의 반응용액을 1h, 5h, 10h, 20h 동안 반응시켜 합성한 양자점들에 대한 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타내고, 도 7b는 ZnCl2를 ZnI2로 대체한 실시예 6의 반응용액을 1h, 5h, 10h, 20h 동안 반응시켜 합성한 양자점들에 대한 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸다.7a shows absorption and emission spectra of quantum dots synthesized by reacting the reaction solution of Example 5 in which ZnCl 2 was replaced with ZnBr 2 for 1h, 5h, 10h, and 20h, and FIG. 7b shows ZnCl 2 as ZnI 2 . The reaction solution of Example 6 was replaced with 1h, 5h, 10h, and 20h to show absorption and emission spectra of the synthesized quantum dots.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, ZnCl2를 ZnBr2 또는 ZnI2로 대체하더라도 반응시간이 증가함에 따라 흡수 및 발광 스펙트럼의 피크들이 더 짧은 파장 영역으로 이동함이 발견되었다. Referring to FIGS. 7A and 7B, even when ZnCl 2 was replaced with ZnBr 2 or ZnI 2 , it was found that the peaks of the absorption and emission spectra shifted to shorter wavelength regions as the reaction time increased.

ZnCl2 및 ZnBr2을 적용한 경우보다 ZnI2를 적용한 경우에 발광 파장이 더 짧아진 것으로 나타났는데, 이는 ZnI2-올레일아민 복합체의 낮은 반응성 때문인 것으로 판단된다. 그리고 ZnCl2 및 ZnBr2을 적용한 경우보다 ZnI2를 적용한 경우에, 양자 수득률이 현저하게 향상되는 것으로 나타났다. 구체적으로, ZnCl2, ZnBr2, ZnI2를 적용한 경우, 양자 수득률은 각각 10.2%, 12.7%, 24.2%인 것으로 나타났다. 또한, ZnCl2 및 ZnBr2을 적용한 경우보다 ZnI2를 적용한 경우에 발광 스펙트럼의 FWHM(Full Width at Half Maximum)이 더 작은 것으로 나타났다. 이는 ZnCl2 및 ZnBr2을 적용한 경우보다 ZnI2를 적용한 경우에 양자점의 결정화도가 향상되기 때문인 것으로 판단됩니다. The emission wavelength was shorter when ZnI 2 was applied than when ZnCl 2 and ZnBr 2 were applied, which may be due to the low reactivity of the ZnI 2 -oleylamine complex. And when ZnI 2 is applied than when ZnCl 2 and ZnBr 2 are applied, the quantum yield was found to be remarkably improved. Specifically, when ZnCl 2 , ZnBr 2 , ZnI 2 were applied, the quantum yields were found to be 10.2%, 12.7%, and 24.2%, respectively. In addition, when ZnI 2 was applied, the full width at half maximum (FWHM) of the emission spectrum was smaller than that of ZnCl 2 and ZnBr 2 . This is because the crystallinity of quantum dots is improved when ZnI 2 is applied than when ZnCl 2 and ZnBr 2 are applied.

다만, 아연 할로겐화물이 변경되더라도 합성된 양자점의 크기는 거의 변화하지 않는 것으로 나타났다. However, even if the zinc halide was changed, the size of the synthesized quantum dots was found to hardly change.

도 8은 실시예 2, 실시예 5 및 실시예 6의 반응용액들을 20h 동안 반응시켜 합성한 InPZnS 합금 나노결정들 각각에 ZnS 쉘을 형성한 양자점들에 대해 측정된 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타내고, 표 2는 도 8의 발광 스펙트럼을 분석한 결과이다. FIG. 8 shows absorption and emission spectra measured for quantum dots in which ZnS shells were formed on InPZnS alloy nanocrystals synthesized by reacting the reaction solutions of Examples 2, 5 and 6 for 20h, and 2 is a result of analyzing the emission spectrum of FIG.

QY(%)QY (%) Photoluminescence (nm)Photoluminescence (nm) FWHM (nm)FWHM (nm) ZnCl2 ZnCl 2 21.321.3 556556 7373 ZnBr2 ZnBr 2 30.530.5 558558 6969 ZnI2 ZnI 2 4242 530530 5656

도 7 및 표 2를 참조하면, TOP-S(trioctylphosphine-sulfur) 복합체의 도입을 통해 ZnS 쉘을 형성하는 경우, 발광 파장은 변경되지 않았으나 양자 수득률 및 FWHM은 현저하게 향상되는 것으로 나타났다. Referring to FIG. 7 and Table 2, when the ZnS shell was formed through the introduction of the TOP-S (trioctylphosphine-sulfur) complex, the emission wavelength was not changed, but the quantum yield and the FWHM were significantly improved.

한편, 트리스알킬티오포스핀 화합물로 트리스에틸티오포스핀(tris(ethylthio)phosphine) 등과 같은 더 작은 알킬티오포스핀 화합물을 사용하여 양자점을 합성한 결과, 반응 속도를 제어할 수 없었고 백색 석출물이 형성되었다. On the other hand, as a result of synthesizing quantum dots using smaller alkylthiophosphine compounds such as tris (ethylthio) phosphine) as trisalkylthiophosphine compounds, the reaction rate could not be controlled and white precipitates formed. It became.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

없음none

Claims (10)

인듐 전구체 화합물, 아연 전구체 화합물 그리고 인과 황의 이중 전구체 화합물을 포함하는 반응용액을 제조하는 제1 단계; 및
상기 반응용액을 열처리하여 In-P-Zn-S 합금으로 이루어진 나노 결정 입자를 합성하는 제2 단계를 포함하고,
상기 아연 전구체 화합물은 디에틸아연(Et2Zn) 화합물을 포함하며,
상기 인과 황의 이중 전구체 화합물은 P-S 결합을 포함하는 알킬티오포스핀 화합물을 포함하고,
상기 알킬티오포스핀 화합물은 하기 화학식 1의 트리스알킬티오포스핀 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자점 합성방법:
[화학식 1]
P(S(CH2)nCH3)3
상기 화학식 1에서, n은 3 이상 9 이하의 정수이다.
A first step of preparing a reaction solution comprising an indium precursor compound, a zinc precursor compound and a double precursor compound of phosphorus and sulfur; And
Comprising a second step of synthesizing the nano-crystal particles of the In-P-Zn-S alloy by heat-treating the reaction solution,
The zinc precursor compound includes a diethyl zinc (Et 2 Zn) compound,
The double precursor compound of phosphorus and sulfur includes an alkylthiophosphine compound containing a PS bond,
The alkylthiophosphine compound is characterized in that it comprises a trisalkylthiophosphine compound of formula (1), quantum dot synthesis method:
[Formula 1]
P (S (CH 2 ) n CH 3 ) 3
In Formula 1, n is an integer of 3 or more and 9 or less.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 알킬티오포스핀 화합물은 트리스헥실티오포스핀(Tris(hexylthio)phosphine) 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자점 합성방법.
The method of claim 1,
The alkylthiophosphine compound is characterized in that it comprises a trishexylthiophosphine (Tris (hexylthio) phosphine) compound, quantum dot synthesis method.
제1항에 있어서,
상기 반응용액에서 상기 디에틸아연(Et2Zn) 화합물은 상기 트리스알킬티오포스핀 화합물에 부착되어 활성화된 복합체를 형성하는 것을 특징으로 하는, 양자점 합성방법.
The method of claim 1,
The diethyl zinc (Et 2 Zn) compound in the reaction solution is attached to the trisalkylthiophosphine compound to form an activated complex, quantum dot synthesis method.
제4항에 있어서,
상기 반응용액에서 상기 트리스알킬티오포스핀 화합물과 상기 디에틸아연(Et2Zn) 화합물은 1:0.5 이상 1:2 이하의 몰비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는, 양자점 합성방법.
The method of claim 4, wherein
In the reaction solution, the trisalkylthiophosphine compound and the diethyl zinc (Et 2 Zn) compound is characterized in that the mixing ratio of 1: 0.5 or more and 1: 2 or less, quantum dot synthesis method.
제1항에 있어서,
상기 아연 전구체 화합물은 아연 할로겐화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자점 합성방법.
The method of claim 1,
The zinc precursor compound further comprises a zinc halide, quantum dot synthesis method.
제6항에 있어서,
상기 아연 할로겐화물은 염화아연(ZnCl2), 브롬화아연(ZnBr2) 및 요오드화아연(ZnI2)로 이루어진 그룹에선 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자점 합성방법.
The method of claim 6,
The zinc halide comprises at least one selected from the group consisting of zinc chloride (ZnCl 2 ), zinc bromide (ZnBr 2 ) and zinc iodide (ZnI 2 ).
제1항에 있어서,
상기 제1 단계는,
인듐 염화물 및 올레일아민 화합물을 유기용매 내에서 혼합하여 제1 용액을 제조하는 단계;
상기 화학식 1의 트리스알킬티오포스핀 화합물과 상기 디에틸아연(Et2Zn) 화합물을 유기용매 내에서 혼합하여 제2 용액을 제조하는 단계; 및
상기 제2 용액을 상기 제1 용액에 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자점 합성방법.
The method of claim 1,
The first step,
Mixing the indium chloride and oleylamine compound in an organic solvent to prepare a first solution;
Preparing a second solution by mixing the trisalkylthiophosphine compound of Formula 1 and the diethylzinc (Et 2 Zn) compound in an organic solvent; And
And adding the second solution to the first solution.
제8항에 있어서,
상기 제1 용액을 제조하는 단계에서 상기 인듐 염화물의 염화인듐(InCl3)과 상기 올레일아민 화합물의 올레일아민(C18H35NH2)이 반응하여, 6배위 인듐 올레일아민 복합체 화합물이 형성되는 것을 특징으로 하는, 양자점 합성방법.
The method of claim 8,
In preparing the first solution, indium chloride (InCl 3 ) of the indium chloride and oleylamine (C 18 H 35 NH 2 ) of the oleylamine compound react to form a 6-coordinated indium oleylamine complex compound. Formed, characterized in that the quantum dot synthesis method.
제1항에 있어서,
상기 In-P-Zn-S의 합금으로 이루어진 나노 결정 입자를 피복하는 ZnS 쉘을 형성하는 제3 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자점 합성방법.
The method of claim 1,
And a third step of forming a ZnS shell covering the nanocrystalline particles made of the alloy of In-P-Zn-S.
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