[发明专利]一种金修饰的铜铝硫/硒化锌核壳量子点材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金修饰的铜铝硫/硒化锌核壳量子点材料及其制备方法和应用，制备方法包括：将铜源、铝源加入溶剂中，在80‑100℃、惰性气体条件下进行脱气处理，接着阶段升温至140‑160℃，加入硫源，保温再升温，继续加入硫前驱液反应，再加入锌前驱液和硒前驱液，升温至220‑240℃，保温40‑60min后淬灭反应，收集量子点原液；向量子点原液中加入纳米金溶液，超声处理，制得。本发明制得的量子点材料可以有效解决单一铜铝硫晶体质量差、光电转换效率低下、光生激子利用率低等问题。本发明中基于上述金修饰的铜铝硫/硒化锌核壳量子点制得的光电突触器件解决了传统突触器件光电响应差、工艺结构复杂等问题。

技术领域

本发明涉及光电材料与光电突触技术领域，具体涉及一种金修饰的铜铝硫/硒化锌核壳量子点材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来蓬勃发展的信息技术产业改变了世界，并延伸至人类生活的各方各面。在当下信息错综复杂的时代，传统计算能力与当前信息计算需求之间的差距已经急剧扩大。为了应对这一技术挑战，模拟人脑神经元和突触机制的神经形态计算(类脑计算)因其自适应学习、高精度、低功耗的并行计算和高效处理复杂信息任务的动态计算特性，被认为是最有希望突破传统计算瓶颈的方法之一。然而，实现神经形态计算的重要前提是开发具备高度模拟还原生物突触行为能力的神经突触器件。到目前为止，已有相关电学/光学神经突触器件被用于模拟神经形态行为，然而这些器件大部分受限于材料成本高昂、工艺流程繁琐、器件结构复杂、能耗严重等问题，存在一定的产业化壁垒。因此，开发设计简易制备、成本低廉、性能优异的光电突触器件迫在眉睫。

量子点是一种介于纳米尺度的零维半导体材料，它具有简易的溶液加工和独特的尺寸/组分可调光学特性从而在光电子领域备受关注。近年来，铜硫族化合物，例如铜铟硫、铜镓硫等量子点材料因其环境友好特性(无铅、镉等重金属)、高吸光系数、高效激子生成等优点受到了广泛地开发和利用，然而由于作为主体的铟、镓等稀有金属元素的大规模引入阻碍了这些材料实现商业化。在这种背景下，开发以地表元素含量丰富的铜铝硫为主体的光电材料十分必要。但是，单一的铜铝硫量子点材料具有较多的表面缺陷/陷进态，其晶体内部的非化学计量比组分也较多，其光吸收和转换效率低下，仅以单一铜铝硫作为光感材料是不适宜的。因此，合理地设计生长核壳结构和利用微量光学性能优异的金纳米团簇进行物性调控以达到改善铜铝硫光学性能并实现基于此种材料的光电突触器件是非常有必要的。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种金修饰的铜铝硫/硒化锌核壳量子点材料及其制备方法和应用，以解决现有单一铜铝硫晶体质量差、光电转换效率低下、光生激子利用率低等问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种金修饰的铜铝硫/硒化锌核壳量子点材料，其制备方法包括以下步骤：

(1)将铜源、铝源加入溶剂中，在80-100℃、惰性气体条件下进行脱气处理，处理30-60min，然后升温至110-130℃保温15-30min，继续将溶液升温至140-160℃，加入硫源，保温15-25min，再升温至170-180℃，加入硫前驱液，反应5-15min，继续加入锌前驱液和硒前驱液，升温至220-240℃，保温40-60min后淬灭反应，收集量子点原液；

(2)向量子点原液中加入纳米金溶液，超声处理20-40min，制得金修饰的铜铝硫/硒化锌核壳量子点材料。

上述制备过程中，未将铜源、铝源和硫源一起加入溶剂中进行反应，而是先将铜源、铝源加入溶剂中反应一段时间后再加入硫源，其原因是铜源、铝源在低温下不易溶解，若一开始就将铜源、铝源和硫源同时加入，会在铝、铜前驱物浓度不足的情况下发生反应，影响目标化合物的生成，再者，铜和硫在低温下容易发生副反应生成Cu₂S，在反应过程中增加了杂质，影响目标化合物的生成。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：