[发明专利]硫系量子点和磷酸盐介孔玻璃复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光介孔玻璃复合物，特别是一种硫系量子点和磷酸盐介孔玻璃复合物及其制备方法。

背景技术

量子点材料因为其特殊的宽调谐发光和吸收特性，已成为发光显示、光通讯、太阳能电池、非线性材料等方向的研究热门。由于量子限域效应和量子尺寸效应，量子点可实现在紫外、可见、近红外波段的受激发光，并且可通过调节量子点的晶粒尺寸来调节其发光峰的位置。然而独立的、分散的量子点极易团聚或者分解，为了提高量子点的稳定性和实用性，在实际光学材料和器件的设计使用过程中，量子点通常被复合于多种固态基质(如玻璃、聚合物材料等)。其中，量子点玻璃复合物通常采用的制备方法是熔融法。然而，熔融法一般需要很高的玻璃合成温度；另一方面，对于熔融法制备的量子点玻璃复合材料，一般很难实现高浓度的金属离子掺杂，从而限制了量子点在玻璃基体中的析出浓度，进而阻碍了量子点玻璃材料的研究开发。

新型的溶胶凝胶技术是一种低温的制备半导体纳米微晶和玻璃材料的方法，己被用于制备几种II-VI族化合物半导体纳米复合材料。但是在量子点玻璃复合物制备过程中面临几个问题：第一，由于硫系金属化合物易分解、不稳定等特性以及技术工艺上的复杂性，溶胶凝胶法制备硫系量子点玻璃复合物的研究发展受到了很大的制约。第二，目前常见的在溶胶凝胶多孔材料中复合量子点的方法诸如浸渍法、原位反应法等通常存在掺入量子点分布不均匀、掺杂浓度难以控制等局限。第三，通过溶胶凝胶法制备的纳米复合材料多局限于硅酸盐体系，由于大多数非硅前驱体水解过快等因素，非硅体系纳米复合材料的合成一直是一个挑战。

针对遇到的问题，本发明者研究出一种基于溶胶凝胶法合成的透明的、具有介孔结构的、磷酸盐的、适用于多种量子点原位生长的量子点-磷酸盐介孔玻璃复合物及其制备方法。与硅体系相比，磷酸盐介孔玻璃结构中具有A1³⁺和P^5-等活性更强的基团，在作为纳米材料微反应器等方面是一类非常热门的多孔材料。与此同时，掺杂的金属离子在玻璃网络中具有分子尺度的分散度以及结构上的键合，原位生长得到的量子点在玻璃网络中分散均匀并且掺杂牢固。而磷酸盐介孔玻璃具有的纳米尺度的孔道可以有效控制量子点生长尺寸并阻止量子点团聚，适于量子点在孔道中限域生长。此外，磷酸盐介孔玻璃在可见-近红外窗口具有高的透过率，可以实现该波段可观强度的发光输出。另外，通过调节金属离子的掺杂浓度，还可以调节该玻璃复合物的发光波长。本发明提供了一种量子点玻璃复合物制备的新方法，该方法工艺简单，成本低廉，制备得到量子点玻璃复合物具有均匀、稳定、可调的发光特性，在光通讯材料等光学器件领域有着重要的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一种硫系量子点和磷酸盐介孔玻璃复合物及其制备方法。使用磷酸盐介孔玻璃作为载体，通过一系列制备参数的调节，在磷酸盐介孔玻璃中实现不同尺寸、不同浓度、不同种类硫系量子点的原位生长，得到可见-近红外波段的可调谐发光。

本发明的技术解决方案如下：

一种硫系量子点和磷酸盐介孔玻璃复合物，其特征在于：是均匀掺杂有硫系量子点的磷酸盐介孔玻璃；所述的硫系量子点为PbS、CdS和ZnS量子点；所述的磷酸盐介孔玻璃为含有量子点前驱体氧化物组分的溶胶凝胶玻璃，其组分为xMO-100Al₂O₃-100P₂O₅(M＝Zn,Pb,Cd；x＝1～40)，其比表面积大于300m²/g，典型的平均孔径直径范围为1.0～20.0nm。

上述硫系量子点原位生长的磷酸盐介孔玻璃复合物的制备方法，其特征在于，包含溶胶凝胶法制备三元组分磷酸盐介孔玻璃和原位生长硫系量子点两个部分，包括如下步骤：

①以多种金属盐、铝盐、磷源为前驱体；多种有机酸为络合剂；去离子水用于水解反应；稀氨水和稀盐酸用于调节反应溶液的pH值；采用多种硫源还原金属氧化物；

②在室温下，混合金属盐和有机酸，摩尔比为1:2～1:3，搅拌均匀，得到金属离子螯合溶液；配置金属离子螯合溶液、铝盐和磷源的混合水溶液，混合水溶液浓度范围0.5～2.0mol/L，前驱体摩尔比为M：Al：P＝x：1：1，x取值范围为0.01～0.20；调节混合水溶液pH范围2.0～4.0，搅拌均匀；

③将混合水溶液转移至带盖培养皿中，室温静置1～14天，得到磷酸盐溶胶；

④将磷酸盐溶胶放入烘箱中干燥1～7天，干燥温度50～90℃，得到磷酸盐干凝胶；