[发明专利]一种尺寸可控的单分散氧化铟锡纳米晶的制备方法、产品及应用

说明书

技术领域

本发明涉及表面等离激元材料领域，具体涉及一种尺寸可控的单分散氧化铟锡纳米晶的制备方法、产品及应用。

背景技术

近年来，贵金属材料由于其特有的光学特性，在激发条件下，其自由电子的集体振荡形成的表面等离子体，在金属结构附近形成增强的局域场，这种表面等离激元现象受到了广泛关注，有望在表面增强拉曼散射、生物传感及太阳能电池等领域取得应用。但是金属材料由于较高的自由电子浓度导致其损耗大特别是在近红外波段，而且金属材料与传统的大规模硅基集成电路的工艺兼容性差，也限制了其应用；在合成方面，由于金属材料相对固定的自由电子浓度，表面等离激元的共振频率只能通过金属材料的尺寸和形状来调节，这也增加应用的困难。

Teranishi小组（Indium Tin Oxide Nanoparticles with Compositionally Tunable Surface Plasmon Resonance Frequencies in the Near-IR Region；Masayuki Kanehara,Hayato Koike,Taizo Yoshinaga,and Toshiharu Teranishi；Journal of the American Chemical Society,2009.131(49):p.17736-17737）发现透明电极材料氧化铟锡纳米晶在近红外区域存在局域表面等离体共振现象，氧化铟锡纳米晶作为一种半导体材料，其自由电子浓度比金属材料低两个数量级，其特有的禁带结构也有助于降低损耗。更重要的是其自由电子的浓度可以通过掺杂调节，即可以调节表面等离激元的共振峰位。

浙江大学的周丽敏等人（铟锡氧（ITO）纳米晶的可控合成；周丽敏，金一政，任玉萍，奕清，材料科学与工程学报，第30卷，第6期，第867～870页）研究了ITO纳米晶合成中不同羧酸对产物的形貌的影响。采用简便的“一锅法”在反应体系中采用直链的正辛酸盐或具有支链结构的2-乙基己酸盐，可以分别获得单分散性较好的球状纳米晶和纳米花。

上述制备方法获得的ITO纳米晶的形貌可以通过羧酸的品种进行调控，但并无法对其尺寸进行调控。

发明内容

本发明提供一种尺寸可控的单分散氧化铟锡纳米晶的制备方法，制备得到的单分散氧化铟锡纳米晶材料尺寸均一、且尺寸可控，可应用于基于表面等离激元原理的传感、光学器件等应用研究。

本发明公开了一种尺寸可控的单分散氧化铟锡纳米晶的制备方法，包括如下步骤：

（1）将单分散氧化铟锡纳米晶、醋酸铟、醋酸亚锡、十四酸与十八烯混合，得到混合液A，经抽真空处理后，在110℃～140℃保温1～3h；

所述混合液A中单分散氧化铟锡纳米晶的摩尔浓度为10^-3～10^-1M；

所述单分散氧化铟锡纳米晶与醋酸铟的摩尔比为1:5～10；

所述醋酸亚锡与醋酸铟的摩尔比为0.01～0.25；

（2）将混合液A加热到240℃～300℃，向混合液A中注入油胺，惰性气体保护下保温2～5h,再经萃取、洗涤后得到所述的尺寸可控的单分散氧化铟锡纳米晶；

油胺注入速度为1～10ml/h。

本发明采用种子生长的方法制备尺寸可调掺杂可控的单分散掺锡氧化铟纳米晶，通过在一定温度下保温的铟锡前驱体和种子溶液，利用油胺的缓慢注入，由于温度较高，单体浓度过高，通过非均质形核在氧化铟锡纳米晶种子表面开始生长，通过种子的数量、油胺的注入速度、加热的温度来进行调控。最终得到单分散尺寸可控的氧化铟锡纳米晶。

作为优选，步骤（1）所述混合液A中单分散氧化铟锡纳米晶的摩尔浓度为5×10^-3～2×10^-2M，增加氧化铟锡纳米晶的摩尔浓度，最终产物尺寸减小。

作为优选，步骤（2）所述的油胺注入速度为2～5ml/h，油胺注入速度控制氧化铟锡单体异质形核速度，低的注入速度，最终产物尺寸增大。

作为优选，步骤（2）所述的加热温度为260～290℃，加热温度高有利于异质形核发生，提高温度有利于最终产物尺寸增大。

作为优选，所述单分散氧化铟锡纳米晶的制备步骤为：

a）将醋酸铟、醋酸亚锡、十四酸、油胺与十八烯混合，得到混合液B，经抽真空处理后，在110℃～140℃下保温1.5～2.5h；惰性气体保护下，加热至240℃～300℃并保温2～2.5h，得到混合液C；

所述混合液B中醋酸铟的摩尔浓度为0.02～0.2M；