本發(fā)明屬于化合物半導體納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單分散硫化鉛量子點的制備方法。

背景技術(shù)：

量子點(半導體納米晶)是溶液工藝合成的半導體納米顆粒，由于量子尺寸效應，其帶隙可以通過尺寸精確調(diào)控，進而調(diào)控其光學特性。因此，量子點已經(jīng)成為一類重要的光學和光電子材料。硫化鉛為窄帶隙半導體，因此硫化鉛量子點的光學特性可以在整個近紅外范圍調(diào)控，從而成為太陽能電池和光探測器的新材料。例如，已經(jīng)有公司(量宏科技)利用硫化鉛量子點制作圖像傳感器以取代手機上廣泛使用的CCD攝像頭。用硫化鉛量子點制作的太陽能電池的效率已經(jīng)接近12％，有望在近幾年實現(xiàn)量產(chǎn)和大規(guī)模進入市場。

硫化鉛量子點的良好應用前景對其制備技術(shù)提出了很高的要求，一方面要求量子點的質(zhì)量優(yōu)良(如尺寸分布均勻)，另一方面需要簡單低成本和可以大規(guī)模生產(chǎn)的合成方法。當前，硫化鉛量子點制備的主流方法是基于熱注入的方案，即在一定溫度下，將硫源快速注入到鉛前驅(qū)物中，通過快速成核和慢速生長的方式獲得單分散(尺寸分布均勻)量子點。然而，這種熱注入的方法不適合于大規(guī)模生產(chǎn)，因為溶液量大時，難以實現(xiàn)快速注入和快速混合均勻。一般而言，易于大規(guī)模生產(chǎn)的方法是直接加熱的方式，即在低溫(室溫)下將反應物混合，然后加熱到一定溫度并保溫一定時間。另外，當前硫化鉛量子合成中廣泛使用的硫源(二-三甲基硅硫)成本較高，極易揮發(fā)且具有一定的毒性，對大規(guī)模生產(chǎn)造成了困難。因此，亟需開發(fā)簡單、低成本、適合于大規(guī)模生產(chǎn)的高質(zhì)量硫化鉛量子點的制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的要解決的技術(shù)問題為提供一種單分散硫化鉛量子點的制備方法，其具有簡單、低成本、適合于大規(guī)模生產(chǎn)的特點。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種單分散硫化鉛量子點的制備方法，其包括如下步驟：

S1.將鉛的鹵化物與油胺混合后加熱至80-190℃并充分攪拌形成鉛前驅(qū)物，鉛前驅(qū)物中鉛的濃度為0.1～0.5mol/L，然后降溫至20～35℃；

S2.將硫代乙酰胺與油胺在20～35℃溫度下充分攪拌混合形成硫前驅(qū)物，硫前驅(qū)物中硫的濃度為0.05～2mol/L；

S3.在20～35℃溫度下，按照鉛和硫2～5：1的摩爾比將鉛前驅(qū)物和硫前驅(qū)物混合并快速攪拌，然后加熱至60～90℃并保溫10-150min,其中保溫溫度和時間根據(jù)量子點的尺寸而定，溫度越高，時間越長，量子點的尺寸越大；

S4.將S3中保溫完成后的溶液降溫至20～35℃，注入油酸以除去殘留的鉛前驅(qū)物；

S5.分離提純，得到油酸和鹵素共同包覆的硫化鉛量子點。

在上述制備方法的基礎(chǔ)上，具體的，步驟S1中的攪拌時間為20-40min,步驟S2中的攪拌時間為15-20min。優(yōu)選的，步驟S1中鉛的鹵化物與油胺混合后加熱至100-140℃。優(yōu)選的，步驟S3中鉛前驅(qū)物和硫前驅(qū)物混合并快速攪拌，然后加熱至70～90℃并保溫15-120min。具體的，步驟S4中油酸的用量與步驟S3中鉛前驅(qū)物的用量之比為2～5L：1mol。

為推動量子點的應用，本發(fā)明提供了一種簡單、低成本、適合于大規(guī)模生產(chǎn)的高質(zhì)量硫化鉛量子點的制備方法，該方法利用鉛的鹵化物和油胺的復合物為鉛源，硫代乙酰胺的油胺復合物為硫源，通過直接加熱的方式(非熱注入)制備硫化鉛量子點，采用本發(fā)明制備的硫化鉛量子點具有高度結(jié)晶性、尺寸均勻性、油酸和鹵素混合鈍化、高效發(fā)光和高度穩(wěn)定等特點。具體而言，本發(fā)明方法具有以下技術(shù)效果：

(1)操作過程簡單，制備過程對環(huán)境要求不高，所需設(shè)備及原材料成本低，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。

(2)所得量子點是孤立的而不是埋在另一種材料中，因此可以像分子或原子一樣對其進行操作。

(3)所得量子點表面由油酸和鹵素共同包覆，鈍化效果良好，具有極好的穩(wěn)定性和發(fā)光性能。

附圖說明

圖1為用氯化鉛合成的硫化鉛量子點的吸收譜。

圖2為用氯化鉛合成的硫化鉛量子點的X射線衍射圖。

圖3為用氯化鉛合成的硫化鉛量子點的TEM圖。

圖4為用氯化鉛合成的硫化鉛量子點的發(fā)光譜及其發(fā)光量子效率。

圖5為用氯化鉛合成的硫化鉛量子點的吸收譜隨儲存時間的變化。

圖6為用溴化鉛合成的硫化鉛量子點的吸收譜。

圖7為用碘化鉛合成的硫化鉛量子點的吸收譜。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例及附圖對本發(fā)明提供的制備方法作進一步詳述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實施例1

一種單分散硫化鉛量子點的制備方法，其包括如下步驟：

S1.將0.834g(0.003mol)氯化鉛與10mL油胺混合,加熱至100℃并攪拌30min,得到鉛前驅(qū)物，鉛前驅(qū)物中鉛的濃度約為0.3mol/L，然后降溫至20℃，備用；

S2.將0.075g(0.001mol)硫代乙酰胺與2mL油胺在20℃溫度下攪拌20min形成硫前驅(qū)物，硫前驅(qū)物中硫的濃度約為0.5mol/L；

S3.在20℃溫度下，將S1中的鉛前驅(qū)物和S2中硫前驅(qū)物混合并快速攪拌(其中鉛與硫的摩爾比為3：1)，攪拌速度可根據(jù)經(jīng)驗選擇，比如可選擇為100-500r/min，然后加熱至70℃并保溫15min；

S4.將S3中保溫完成后的溶液降溫至20℃，注入8mL油酸以除去殘留的鉛前驅(qū)物；

S5.加入正己烷和乙醇并離心沉淀，得到油酸和鹵素共同包覆的硫化鉛量子點。

對實施例1所得量子點性能進行表征：

取量子點溶液，在分光光度計上測定其光學吸收特性，其吸收譜如圖1所示，可見制備出的量子點具有較好的光學吸收特性。

在X射線衍射儀上測定量子點衍射圖譜，如圖2所示，經(jīng)分析對比可知實施例1成功制備出了硫化鉛量子點。

取量子點溶液滴于銅網(wǎng)上，自然干燥，在透射電子顯微鏡(TEM)下成像，如圖3所示，可見量子點均勻分散，粒徑均一，無團聚的納米顆粒。

取量子點溶液，在熒光光譜儀上測定其光致發(fā)光譜和發(fā)光量子效率，其發(fā)光譜和量子效率如圖4所示，可知量子效率較高，從發(fā)光譜也可推知制備出的硫化鉛量子點尺寸均勻性較好。

實施例2

一種單分散硫化鉛量子點的制備方法，其包括如下步驟：

S1.將1.391g(0.005mol)氯化鉛與10mL油胺混合,加熱至140℃并攪拌40min,得到鉛前驅(qū)物，鉛前驅(qū)物中鉛的濃度約為0.5mol/L，然后降溫至28℃，備用；

S2.將0.075g(0.001mol)硫代乙酰胺與20mL油胺在28℃溫度下攪拌20min形成硫前驅(qū)物，硫前驅(qū)物中硫的濃度約為0.05mol/L；

S3.在28℃溫度下，將S1中的鉛前驅(qū)物和S2中硫前驅(qū)物混合并快速攪拌(其中鉛與硫的摩爾比為5：1)，然后加熱至90℃并保溫120min；

S4.將S3中保溫完成后的溶液降溫至28℃，注入25mL油酸以除去殘留的鉛前驅(qū)物；

S5.加入正己烷和乙醇并離心沉淀，得到油酸和鹵素共同包覆的硫化鉛量子點。

所得硫化鉛量子點的吸收譜隨時間變化如圖5所示，其穩(wěn)定性相對較好。

實施例3

一種單分散硫化鉛量子點的制備方法，其包括如下步驟：

S1.將0.734g(0.002mol)溴化鉛與10mL油胺混合,加熱至190℃并攪拌20min,得到鉛前驅(qū)物，鉛前驅(qū)物中鉛的濃度約為0.2mol/L，然后降溫至35℃，備用；

S2.將0.075g(0.001mol)硫代乙酰胺與1mL油胺在35℃溫度下攪拌20min形成硫前驅(qū)物，硫前驅(qū)物中硫的濃度約為1mol/L；

S3.在20℃溫度下，將S1中的鉛前驅(qū)物和S2中硫前驅(qū)物混合并快速攪拌(其中鉛與硫的摩爾比為2：1)，然后加熱至60℃并保溫25min；

S4.將S3中保溫完成后的溶液降溫至35℃，注入4mL油酸以除去殘留的鉛前驅(qū)物；

S5.加入正己烷和乙醇并離心沉淀，得到油酸和鹵素共同包覆的硫化鉛量子點。

所得硫化鉛量子點的吸收譜如圖6所示。

實施例4

一種單分散硫化鉛量子點的制備方法，其包括如下步驟：

S1.將1.844g(0.004mol)碘化鉛與40mL油胺混合,加熱至80℃并攪拌20min,得到鉛前驅(qū)物，鉛前驅(qū)物中鉛的濃度約為0.1mol/L，然后降溫至25℃，備用；

S2.將0.075g(0.001mol)硫代乙酰胺與2mL油胺在25℃溫度下攪拌20min形成硫前驅(qū)物，硫前驅(qū)物中硫的濃度約為0.5mol/L；

S3.在25℃溫度下，將S1中的鉛前驅(qū)物和S2中硫前驅(qū)物混合并快速攪拌(其中鉛與硫的摩爾比為4：1)，然后加熱至85℃并保溫150min；

S4.將S3中保溫完成后的溶液降溫至25℃，注入12mL油酸以除去殘留的鉛前驅(qū)物；

S5.加入正己烷和乙醇并離心沉淀，得到油酸和鹵素共同包覆的硫化鉛量子點。

所得硫化鉛量子點的吸收譜如圖7所示。

本發(fā)明不僅局限于上述具體實施方式，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，可以采用其它多種具體實施方式實施本發(fā)明，因此，凡是采用本發(fā)明的技術(shù)方案和思路，做一些簡單的變化或更改，都落入本發(fā)明保護的范圍。