[发明专利]一种水溶性高荧光性能的CdTe纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米材料制备技术领域，涉及一种水溶性高荧光性能的CdTe纳米颗粒的制备方法，是通过含氮有机小分子和光后处理对纳晶表面修饰。

背景技术

量子点(quantum dots,QDs)，又称半导体纳米晶，是由Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-V族元素组成，尺寸在其激子波尔半径以内的纳米颗粒。由于半导体纳米晶体的直径小于其波尔半径（10nm），表现出特殊的物理和化学性质，最为突出的就是光致发光特性。与传统的有机荧光染料或镧系稀土荧光材料相比，由于量子点具有独特的物质结构和发光机理，其优越性也是显而易见的：首先具有宽的激发光谱、窄的发射光谱、荧光强度高、稳定性好且具有很好的生物相溶性。为此半导体纳米晶体在光学和生物学等领域的应用得到了飞速的发展，正日益显示出巨大的学术价值和良好的商业前景。目前合成CdTe量子点的方法主要有两种，一种是在有机体系中合成；另一种是在水溶液中直接合成。与有机体系合成相比，水相合成采用水为合成介质，更接近绿色化学的标准，合成方法简单，成本低，可大批量生产，且无需进一步的表面亲水修饰，就可以应用到生物体内；但是目前文献报道中，水相合成量子点的粒径分布比较宽，量子产率也很低，一般小于10%。

近年来，人们对水相制备CdTe纳米晶进行了广泛的研究，并取得了一些进展。Naoto Tamai等人(“Influence of Acid on Luminescence Properties of Thioglycolic Acid-Capped CdTe Quantum Dots”.Abhijit Mandal and Naoto Tamai J.Phys.Chem.C 2008,112,8244–8250)调节CdTe原溶液的PH值为4.5-5.0时量子点的量子产率可以从3-4%增加到18-20%。H．Weller等人(“Thiol-Capping of CdTe Nanocrystals:An Alternative to Organometallic Synthetic Routes”Nikolai Gaponik,Dmitri V.Talapin,Horst Weller,et al.J.Phys.Chem.B 2002,106,7177-7185)将制备好的CdTe纳米晶进行离心分级(选择性沉淀)，发现分级后不同粒径样品的量子效率差异很大，某些纳米晶的量子效率可以达到30％。如果选择量子效率最高的样品，经过表面修饰，可以将量子效率进一步提高到40％。

可见，采用后处理的方法对CdTe纳米晶进行表面修饰是制备高荧光性能量子点材料的重要途径，但是目前对CdTe纳晶进行表面修饰不仅过程复杂而且周期较长，不利于规模化生产，因此，制备水溶性高荧光性能的CdTe量子点具有一定的挑战性。

发明内容

本发明的目的在于提供水溶性高荧光性能的CdTe纳米颗粒的制备方法，以水为介质合成水溶性的CdTe纳米晶；在特定的光照射下，以含氮有机小分子为修饰剂，使CdTe纳米晶的荧光性能显著提高，拓宽了CdTe纳米晶在各领域的应用范围。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案，包括以下步骤：

（1）将可溶性镉盐与巯基羧酸混合，用碱调pH至11.2-11.3，在N₂保护下将H₂Te通入溶液，得到前驱体溶液，其中镉盐的浓度为2×10^-2mol/L,镉盐、H₂Te、巯基羧酸的摩尔比为1∶0.5∶2.4，前驱体溶液在100℃下回流3-5h,得到CdTe纳米晶溶液；

（2）取上述CdTe纳米晶水溶液与含氮有机小分子杂环化合物混合，在特定的光照射下搅拌，使之充分反应改性，然后将混合溶液离心分离重新得到CdTe纳米晶。

其中可溶性镉盐优选氯化镉（CdCl₂·2.5H₂O），巯基乙酸为稳定剂，巯基羧酸为巯基乙酸（TGA），碱为氢氧化钠（NaOH），H₂Te由硼氢化钾（KBH₄）溶于水中，与碲粉（Te）反应制得。

所用的含氮有机小分子杂环化合物为吡啶及其水溶性的、具有供电效应的取代基的吡啶衍生物，如（4-甲基吡啶）；优选CdTe纳米晶水溶液与含氮有机小分子杂环化合物的体积比为1∶1。

特定光为0-0.5倍光强的自然光，不包括0倍光强的自然光；或能量大于CdTe纳米晶禁带的光的光（波长小于600nm）。