[发明专利]一种铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点及其制备方法与光阳极的制备方法

说明书

本发明公开了一种铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点及其制备方法与光阳极的制备方法，该量子点的制备方法如下：通过铜铟硒碲的核量子点与硫化镉壳层材料在特定环境、特定温度的条件下进行反应，使得壳层前驱体在量子点表面随着注入逐渐生长，反应完成后使用冰水猝灭降温至室温后，得到铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点。本发明再将异质结核壳结构量子点用于光电化学制氢，通过合理构建异质结构调整其能带结构，优化光生电子空穴动力学，显著提高了对应量子点光电化学电池的光电转化效率，使其在一个标准模拟太阳光照射下，饱和光电流密度提升到5.6mA/cm²。

技术领域

本发明属于半导体材料与能源器件技术领域，具体涉及到一种铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点及其制备方法与光阳极的制备方法。

背景技术

半导体胶体量子点由于其独特的尺寸相关可调光吸收、荧光发射以及高荧光量子产率等特性，赋予了其在发光二极管，太阳能聚光器，光电化学电池以及量子点敏化太阳能电池等领域的巨大应用价值。然而，半导体胶体量子点的低光物理/化学稳定性，低电荷转移分离效率，以及光学响应精准调控等问题，仍然是制约量子点光电器件性能的主要因素。因此，通过构建核壳结构，生长合适壳层材料，利用尺寸调节以及能带结构调控手法，是解决量子点稳定性和优化光电性质的良好策略。通常情况下，在核量子点表面生长壳层可以提供一层表面“屏障”，减少核与周围环境之间的相互作用，且壳层材料的生长可以有效地钝化量子点表面陷阱/缺陷态，以抑制光激发载流子的非辐射复合，从而改善材料荧光量子产率，减少光漂白并增强光物理和化学稳定性。近年来，三元I-III-VI族量子点，如CuInX₂(X＝S、Se、Te)，由于其窄带隙、宽光吸收和组分相关可调的光学特性，在光电应用领域引起了巨大的研究兴趣，然而，由于多元量子点的不稳定性，尤其是在有不稳定Te元素存在下，会导致较低的材料光/化学稳定性，并表现出较低的光电转化效率，限制了这类窄带隙材料在各类量子点光电器件的有效应用。因此，基于窄带隙CuInSeTe量子点的核壳异质结构合理构建，可以有效调节其能带结构，调控光学性能响应范围，提升光/化学稳定性，是提升对应量子点光电器件性能的有效途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点及其制备方法与光阳极的制备方法，可以通过构建上述核壳结构，调控量子点能带结构，以应对铜铟硒碲量子点材料以及光电应用中存在的低光化学稳定性和光电转化效率等问题。

为达上述目的，本发明提供了一种铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点的制备方法，包括以下步骤：

(1)分别合成铜源、铟源、硒源、碲源、镉源和硫源的前驱体溶液，并于室温下混合镉源和硫源的前驱体溶液；

(2)将有机溶剂于惰性气体氛围中升温至90～1110℃保持20～40min，再加入步骤(1)制得的硒源的前驱体溶液，升温至220～280℃；

将铜源、铟源和碲源混合后，于60～100℃温度下与上述220～280℃的溶液混合，并立刻降温至200℃，反应0.5～1.5h后，冰水淬灭得到铜铟硒碲的核量子点；

(3)将步骤(2)得到的铜铟硒碲的核量子点纯化分离后分散于有机溶剂中，于惰性气体环境中升温至200～220℃，再加入步骤(1)混合后的镉源和硫源的前驱体溶液；待反应完成后冰水猝灭降温至室温，制得铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点。

进一步地，铜源的前驱体溶液和铟源的前驱体溶液通过以下方法制备：分别称取相同摩尔数的碘化亚铜和醋酸铟，分散溶解于正十二硫醇和十八烯溶液中，在氮气氛围中升温至90℃，充分搅拌溶解至透明溶液，制得铜源和铟源的前驱体混合溶液。

进一步地，硒源/碲源的前驱体溶液通过以下方法制备：将硒粉/碲粉分散于三辛基膦溶液中，超声溶解，制得浓度为0.5～1.5M的硒源的前驱体溶液和浓度为0.5～1.5M的碲源的前驱体溶液。