[发明专利]一种量子点及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种量子点及其制备方法与应用，方法包括步骤：在已形成的具有窄能带隙的M¹X¹二元化合物量子点核中加入离子半径较小的M²进行离子交换反应，可控的离子交换反应可以有效改善量子点的尺寸和组分均匀性，从而有效收窄了量子点的发光峰宽；同时，由于对应宽能带隙的金属元素M²发生合金化进入原第一量子点核，使得第一量子点核的有效玻尔半径减小，即弱化了在相同尺寸下的量子尺寸效应，从而也有助于进一步减小量子点的发光峰宽。由于对应宽能带隙的金属元素M²发生合金化进入原第一量子点核，使得第二量子点核M¹M²X¹相比原有第一量子点核M¹X¹，发光峰波长发生蓝移。

技术领域

本发明涉及量子点技术领域，尤其涉及一种量子点及其制备方法与应用。

背景技术

量子点是一种在三个维度尺寸上均被限制在纳米数量级的特殊材料，这种显著的量子限域效应使得量子点具有了诸多独特的纳米性质：发射波长连续可调、发光波长窄、吸收光谱宽、发光强度高、荧光寿命长以及生物相容性好等。这些特点使得量子点在生物标记、平板显示、固态照明、光伏太阳能等领域均具有广泛的应用前景。

众所周知，量子点的发射波长从理论角度来说可以通过改变量子点核的尺寸和组分来实现简便的控制。但事实上，真正需要达到某个特定发射波长的量子点需要在成核和生长动力学等方面进行大量繁琐的试验，包括严格控制反应的时间、尝试不同的表面配体单元、优化反应前驱物的注入等等。以上述及的技术实现难度在制备基于CdSe体系的蓝色发光量子点时显得更为突出：短发射波长（通常 <480 nm）的蓝色量子点根据量子尺寸效应的要求，需要将CdSe量子点核尺寸控制在2 nm以下，在常规反应条件下很难实现以上尺寸的均匀粒径分布。因此，CdSe体系更多时候用于合成尺寸较大的橙色和红色发光量子点。

为了解决以上二元组分量子点体系在能带宽度可控性（即对应量子点尺寸）上的局限，含三种或三种以上元素的多元合金化量子点体系（alloyed QDs）被成功开发。合金化半导体材料的特点在于它具有各组成元素形成的二元合物的综合特性，包括能带宽度、激子玻尔半径和晶格常数等。这种特点同样适用于量子点材料体系，例如，将诸如ZnSe或者ZnS的宽能带隙半导体材料掺入到窄能带隙的CdSe量子点中，就能够增加原先量子点核的能带宽度，这对于实现蓝色尤其是深蓝色发光量子点来说具有重要的意义。除了能够扩展量子点能带隙的可控范围外，合金化量子点体系还能够提供额外的优势：首先，核与壳之间所形成的合金化界面可以作为晶格过渡层；其次，合金化量子点对于量子点生长的各向异性展宽不敏感，因而能够实现更窄的光谱宽度。

目前采用最广泛的合金化量子点的制备方法是基于不同反应前驱物的反应活性差异的制备路线，例如在一锅法（one-pot）反应中仅通过一步热注入反应可以实现具有连续组分渐变结构的CdSe@ZnS核壳量子点。在反应前期，高反应活性的Se与Cd形成CdSe富集（CdSe-rich）的内核，而反应活性相对较低的S则与Zn主要参与壳层生长反应，从而形成了沿着量子点径向方向于从CdSe-rich内核相到ZnS-rich外壳相的连续组分渐变梯度变化。

但在这种常规合金化量子点制备方法中的组分分布一般主要是通过预先调节各组分前驱体的投料比例来实现变化的，而实际反应过程的各反应条件参数很难用来实现对组分分布的调节，即这种方法中的合金化以及相应的组分分布在反应过程中不可控的，因此大大限制了对合金化量子点中组分分布的精确控制。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种量子点及其制备方法与应用，旨在解决现有合金化量子点制备方法中，合金化以及相应的组分分布在反应过程中不可控的，大大限制了对合金化量子点中组分分布的精确控制的问题。