[发明专利]一种铜镓硫/硒化锌核壳结构量子点及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铜镓硫/硒化锌核壳结构量子点及制备方法和应用，该制备方法先合成CuGaS₂核量子点，再在其表面合成ZnSe壳层。本发明的核壳结构量子点中的ZnSe壳层有效钝化了CuGaS₂核大量的表面缺陷，提升了稳定性，并有效抑制了非辐射复合，相对于纯的铜镓硫量子点，硒化锌的壳层包覆有效提高了量子点光电化学电池的饱和光电流。本发明的核壳结构量子点可应用于光电化学电池制氢，可提供更多电子注入到光阳极，从而提高光电流密度。

技术领域

本发明属于半导体能源光电子技术领域，具体涉及一种铜镓硫/硒化锌核壳结构量子点及制备方法和应用。

背景技术

光电化学电池技术是一种直接利用太阳能，并将其转化为可再生能源(如氢能源)的新型电池技术，通常由具备光活性的半导体光电极、电解液以及外电路组成，其结构简单，相比于先光伏发电、再电解水的制氢技术，具备更低的器件成本。半导体胶体量子点光电化学电池制氢技术目前不能大规模投入实际应用主要限制是目前用以敏化电极的量子点大多数含有铅镉等重金属元素以及材料本身的不稳定性。

尽管量子点由于其能带结构可调、光谱宽吸收等特点已经被广泛用于光电化学电池，但是大部分量子点含有铅镉等有毒重金属组分，对环境和人体健康有害，违背了绿色环保原则，从而阻碍了这类技术的应用发展。但是环境友好型的量子点材料的光电化学电池性能普遍偏低，这主要是由于这类量子点具有多组分特性，表面缺陷态较多，容易引起非辐射复合，最传统和常用的提高基于环境友好型量子点的光电化学电池的策略包括在量子点表面包覆一层壳层以及厚度调控和掺杂等等。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种铜镓硫/硒化锌核壳结构量子点及制备方法和应用，以解决现有的用以敏化电极的量子点毒性高、表面缺陷态较多、稳定性低的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种铜镓硫/硒化锌核壳结构量子点的制备方法，包括以下步骤：

(1)合成CuGaS₂核量子点：将碘化亚铜、碘化镓和油胺混合后，于65～75℃进行氮气吹扫，直至颜色变为深绿色，再注入1-十二烷基硫醇，并升温至110～130℃脱气55～65min，再于170～190℃注入硫前驱体溶液，并保持4～6min，再于210～230℃保持18～22min，其后淬火停止反应，再离心收集，即得；

(2)合成核壳量子点CuGaS₂/ZnSe：CuGaS₂核量子点纯化后，溶解在1-十八烯中，再在室温下用氮气吹扫，然后于110～130℃下脱气25～35min，再于140～160℃注入锌前驱体溶液并保持8～12min后，注入硒前驱体溶液并保持8～12min，接着于220～240℃保持25～35min，其后进行淬火，再离心收集，即得。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，硫前驱体溶液由以下步骤制得：将硫粉分散于油胺和1-十二烷基硫醇的混合溶液中，即得；硒前驱体溶液由以下步骤制得：将硒粉分散于1-十八烯和三辛基膦的混合溶液中，即得；锌前驱体溶液由以下步骤制得：将硬脂酸锌分散于1-十八烯中，即得。

进一步，分散方式为超声分散；硫粉、油胺、1-十二烷基硫醇的用量比为2mmol：1.5ml：0.5ml；硒粉、1-十八烯、三辛基膦的用量比为1mmol:4ml:1ml；硬脂酸锌、1-十八烯的用量比为1mmol:5ml。

进一步，碘化亚铜、碘化镓、油胺、1-十二烷基硫醇、硫前驱体溶液的用量比为0.25mmol:0.25mmol:2.5ml:0.25ml:0.5ml。

进一步，CuGaS₂核量子点、1-十八烯、锌前驱体溶液、硒前驱体溶液的用量比为2ml:5ml:1～4ml:1～4ml。