[发明专利]CdS及CdS/ZnS核壳型量子点的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体材料技术领域的制备方法，特别涉及一种CdS及CdS/ZnS核壳型量子点的制备方法

背景技术

近年来，纳米技术已经成为人们广泛关注的前沿领域之一，而量子点(quantum dots，QDs)是一种由II-VI族和III-V族元素组成的，直径为1-10nm半导体纳米颗粒，能够接受激发光而产生荧光，并且荧光发射波长可以通过改变量子点的尺寸来进行调节，因而不同尺寸的量子点能被单一波长的光激发而发出不同颜色的荧光，并且具有高的荧光量子产率、摩尔消光系数(为有机染料的10~1000倍)、狭窄而对称的荧光发射谱，激发和发射光谱之间的斯托克位移大，光漂白抗性强等一系列特殊的光学性质，有利于荧光信号的检测。因此高质量的半导体量子点的制备和在生物学中的应用也逐渐成为世界各国广大科研工作者关注的焦点，而II-VI族量子点是应用最广泛的半导体量子点。其中，荧光发射波长位于蓝光区的量子点可用于发光器件(量子点发光二极管)、量子点激光器和生物标记等领域。然而到目前为止，合成出的二元量子点在蓝光区的性能不甚理想。而比较常用的CdSe量子点，当其荧光发射波长小于520nm时，由于其晶粒尺寸变得很小，荧光性能和稳定性较差。

经对现有技术的文献检索发现，Peng等在《Angew.Chem.Int.Ed.》(德国应用化学学报，2002年41卷2368-2371页)发表了题为“Formation ofhigh-quality CdS and other II-VI semiconductor nanocrystals innoncoordinating solvents：tunable reactivity of monomers”(“利用单体活性的可调在非配位溶剂中制备CdS及其它II-VI族半导体量子点”)的论文，在ODE(十八烯)中一步合成出了不同荧光发射波长的CdS量子点，然而这种方法仍然使用到价格昂贵且在空气中不稳定的ODE为反应介质，而且合成温度较高，因此限制了CdS量子点的规模化制备，而且在ODE中合成的CdS量子点的发光效率较低，稳定性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低毒性CdS及CdS/ZnS核壳型量子点的制备方法，用无毒环保的液体石蜡代替了价格昂贵且对人体有害的ODE作为反应溶剂，制备CdS量子点，从而降低了原料成本，使合成条件更加温和(180-240℃)，操作更加简单，获得量子点产物的性能更加优异；并在CdS量子点的表面包覆了一层带隙较宽的ZnS无机层，形成CdS/ZnS核壳型量子点，进一步提高了CdS的荧光性能和稳定性，减小了毒性，从而获得具有良好的分散性、粒度均匀性的不同荧光发射波长的CdS及CdS/ZnS核壳型量子点。

本发明是通过如下技术方案实现的：包括如下步骤：

首先选用氧化镉或镉盐作为Cd源，硫粉作为S源；

其次，使用长链脂肪酸溶解氧化镉或镉盐，形成Cd前体溶液；

接着，使用液体石蜡溶解硫粉，形成S前体溶液；

其后将Cd前体溶液与S前体溶液反应，得到CdS量子点溶液；

然后选用锌盐作为包壳用Zn前体，(TMS)₂S作为包壳用S前体，形成ZnS壳前体溶液；

再将ZnS壳前体溶液与CdS量子点溶液反应，得到CdSe/ZnS量子点溶液；

最后将量子点溶液纯化获得CdS及CdS/ZnS核壳型量子点。

所述的选用氧化镉或镉盐作为Cd源，形成Cd前体溶液，具体为：以氧化镉或镉盐作为Cd源，在150℃下溶于长链脂肪酸与液体石蜡的混合溶液中，使氧化镉或镉盐与长链脂肪酸的摩尔比为1∶1-1∶5，Cd前体的摩尔浓度为50-400毫摩尔/升，得到Cd前体溶液。

所述的选用硫粉作为S源，形成S前体溶液，具体为：以硫粉作为S源，在120℃，快速搅拌的条件下，将硫粉溶于液体石蜡中，使S前体的摩尔浓度为5-40毫摩尔/升，得到S前体溶液。

所述的将Cd前体溶液和S前体溶液反应，获得CdS量子点，具体为：将S前体溶液搅拌加热到180-240℃，将Cd前体溶液注入到Se前体溶液中形成混合反应溶液，反应1-30分钟后，将溶液冷却到室温，得到CdS量子点溶液。

所述的Cd前体溶液与S前体溶液形成的混合反应溶液中，Cd前体的摩尔浓度与S前体的摩尔浓度之比为2∶1，反应温度为180-240℃。