[发明专利]一种硫化铅纳米晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米晶体制备技术领域，尤其涉及一种硫化铅纳米晶体及其制备方法。

背景技术

硫化铅纳米晶体是一种重要的IV-VI族近红外半导体材料，具有较小的直接带隙(298K:0.41eV)和较大的波尔半径(约18nm)。而硫化铅纳米晶体具有良好的尺寸依赖性，通过量子限域效应可以实现硫化铅纳米晶体能带在可见-近红外光谱范围内可调。因此，硫化铅纳米晶体具有独特的光学性质和电学性质，在太阳能电池、红外探测、红外理疗、热和生物成像等领域有着重要的应用价值。

目前，单分散硫化铅纳米晶体的主要制备方法是溶液相胶体化学法。Hines等人(Advanced Materials 2003,15,18441849)首次报道硫化铅纳米晶体的油相合成，在惰性气氛下向150℃油酸铅溶液中快速注入双(三甲基硫化硅)获得了单分散胶体硫化铅纳米晶体。通过改变反应温度和反应时间可以实现吸收光谱在800-1800nm范围调节。但此方法常使用有毒的双(三甲基硫化硅)，并且需要惰性气氛保护以及高温和高沸点等反应条件。另外一种典型的合成方法是Moreels等人(ACS Nano 2011,5,2004)在惰性气氛下向80-160℃氯化铅的十八烯胺溶液中快速注入S粉的十八烯胺溶液获得了单分散胶体硫化铅纳米晶体。通过调节添加S粉的三正辛基膦(TOP)溶液、改变反应温度和反应时间可以实现吸收光谱在900-2200nm范围调节。但此方法使用了有害的含膦试剂，而且需要调节是否添加三正辛基膦，并不能在同一批次试验中实现波长连续可调，这增加了生产的复杂性。最后，无论是双(三甲基硫化硅)还是三正辛基膦均价格昂贵，且均需要快速注射，不适合规模化生产。因此，迫切需要寻找一种价格低廉、过程简便、波长连续可调硫化铅纳米晶体的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硫化铅纳米晶体的制备方法，该制备方法工艺简单、原料低毒、可在低温下，同一批次实验中实现粒径连续调控、节约制备时间、原料和成本。

根据本发明的一个方面，提供了一种硫化铅纳米晶体的制备方法，制备方法包括铅前驱体与硫前驱体在溶液体系中发生化学反应得到硫化铅纳米晶体，硫前驱体包括硫代碳酸盐，溶液体系含有胺化合物。

优选地，硫代碳酸盐选自如下结构式化合物中的至少一种，

其中R₁为O或者S；R₂为O、S、N-R₄或者Si-R₅R₆，R₄、R₅、R₆为H或者C1-C18的烷烃链；R₃为C1-C18的烷烃链；n＝1、2、3或者4；M为阳离子，其构成元素包括Li、Na、K、Be、Mg、Ca、Al、Mn、Fe、Co、Ni、Ti、V、Cu、Zn、Ga、Ag、Cd、In、Sn、Ba、Au或者Hg。

优选地，胺化合物包括碳链长度不小于2的饱和或者不饱和胺。

优选地，溶液体系中溶剂包括沸点大于40℃的烷烃、烯烃、卤代烃、芳香烃、醚类、胺类、酮类和酯类中的至少一种。

优选地，所述制备方法包括步骤：S1、将铅化合物、第一配体、胺化合物溶于第一溶剂中，形成均匀的铅前驱体溶液；S2、向所述铅前驱体溶液中加入硫代碳酸盐固体，所述硫代碳酸盐作为所述硫前驱体，所述铅前驱体与所述硫前驱体反应得到硫化铅纳米晶体。

优选地，所述制备方法包括步骤：S1、将铅化合物、第一配体溶于胺化合物中，形成均匀的铅前驱体溶液；S2、向所述铅前驱体溶液中加入硫代碳酸盐固体，所述硫代碳酸盐作为所述硫前驱体，所述铅前驱体与所述硫前驱体反应得到硫化铅纳米晶体。

优选地，所述制备方法包括步骤：S1、将铅化合物、第一配体溶于第一溶剂中，形成均匀的铅前驱体溶液；S2、将所述硫代碳酸盐溶于第二溶剂中，形成均匀的硫前驱体溶液；所述第一溶剂和所述第二溶剂中至少一种还溶有胺化合物；S3、将所述铅前驱体溶液与所述硫前驱体溶液混合，所述铅前驱体与所述硫前驱体反应得到硫化铅纳米晶体。

优选地，所述制备方法包括步骤：S1、将铅化合物、第一配体溶于第一溶剂中，形成均匀的铅前驱体溶液；S2、将所述硫代碳酸盐溶于第二溶剂中，形成均匀的硫前驱体溶液；所述第一溶剂或者第二溶剂中至少一种为胺化合物；S3、将所述铅前驱体溶液与所述硫前驱体溶液混合，所述铅前驱体与所述硫前驱体反应得到硫化铅纳米晶体。