專利名稱：一種制備單分散硫化鎘納米晶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單分散硫化鎘納米晶的制備方法，屬于半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硫化鎘是一種重要的半導(dǎo)體材料，可用于光電探測器，化合物薄膜太陽能電池等
光電器件。隨著納米材料和器件的制備技術(shù)的發(fā)展，硫化鎘納米晶越來越受到關(guān)注。當(dāng)硫
化鎘納米晶的尺寸減小至其激子波爾半徑(約3nm)時，由于量子限域效應(yīng)，材料的能帶寬
度變大，使得硫化鎘量子點成為藍(lán)光量子點發(fā)光二極管的首選材料。當(dāng)硫化鎘用于化合物
薄膜太陽能電池的窗口層時，能帶寬度的增大可以增加其在可見光區(qū)的透明度，使得更多
的太陽光透過并被吸收層吸收，轉(zhuǎn)化為電流，從而提高太陽能電池的效率。 目前制備單分散硫化鎘納米晶最常用的方法是熱注入法，即將冷的前驅(qū)體溶液注
入到高溫反應(yīng)溶劑中，這一過程保證了納米晶的形核階段和生長階段有效的分離，從而得
到尺寸均一的納米晶。但熱注入法要求一個快速的注入過程，顯然無法用于工業(yè)級制備納
米晶。無注入法是一種適合大量制備硫化鎘納米晶的方法，但在之前的方法中使用飽和長
碳鏈羧酸來穩(wěn)定納米晶的生長，需要加入形核觸發(fā)劑增加單質(zhì)硫的反應(yīng)活性，增加了合成
的成本。而反應(yīng)活性高的有機硫源價格昂貴，有毒易氧化，所以需要開發(fā)一種更簡單綠色且
可以大量生產(chǎn)的方法來制備高質(zhì)量的單分散硫化鎘納米晶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種制備單分散硫化鎘納米晶的方法，無需熱注入和形核觸發(fā)劑。
—種制備單分散硫化鎘納米晶的方法，包括如下步驟 (1)加熱醋酸鎘、油酸和溶劑的混合物至100°C 12(TC，得到無色透明的油酸鎘溶液，抽真空除去體系中的水和醋酸；或加熱氧化鎘、油酸和溶劑的混合物至20(TC 300°C ，保溫一段時間至氧化鎘全部溶解，得到油酸鎘溶液；醋酸鎘或氧化鎘與油酸的摩爾比為1 : 2 1 : 10 ;所述的溶劑為十八烯或液體石蠟； (2)將所述的油酸鎘溶液的溫度降至室溫，加入硫粉，油酸鎘與硫的摩爾比為
4 : i i : 4 ; (3)將步驟(2)的反應(yīng)溶液的溫度升至220°C 30(TC進(jìn)行反應(yīng)，至反應(yīng)結(jié)束；
(4)停止加熱，待反應(yīng)溶液溫度降至室溫，加入乙醇離心提純，除去上清液，將沉淀分散在非極性溶劑中，再加入乙醇離心，重復(fù)此過程若干次( 一般在3遍以上)，得到最終產(chǎn)物。 步驟(1)至步驟(3)的操作在氬氣流保護(hù)氛圍下進(jìn)行，以防止高溫下油酸和反應(yīng)得到的硫化鎘納米晶的氧化。 所述的非極性溶劑為己烷、環(huán)己烷、甲苯或氯仿等。 本發(fā)明的制備單分散硫化鎘納米晶的過程主要分為兩個階段，首先制備油酸鎘溶液，再將其與硫混合，升溫至反應(yīng)溫度。在這個過程中硫被溶劑(十八烯或液體石蠟)還原成硫化氫，硫化氫與油酸鎘反應(yīng)得到硫化鎘，反應(yīng)起始溫度約為220°C。上述的反應(yīng)條件保證了尺寸高度均一的具有量子限域效應(yīng)的硫化鎘納米晶的成功制備。 本發(fā)明中使用的化學(xué)藥品都通過市售獲得，相對廉價，能在空氣中穩(wěn)定。通過在反應(yīng)體系中加入油酸，提高了鎘鹽的反應(yīng)活性，同時穩(wěn)定了硫化鎘納米晶的生長，從而避免了形核促發(fā)劑的使用。 本發(fā)明的有益效果在于l)避免了形核促發(fā)劑的使用，降低了合成成本；2)得到的硫化鎘納米晶尺寸均勻，并且可以通過改變前驅(qū)體之間的摩爾比，反應(yīng)溫度或時間來控制，此外還具有產(chǎn)量大的優(yōu)點。


圖1實施例1硫化鎘納米晶的透射電鏡照片； 圖2實施例1硫化鎘納米晶的吸收譜和熒光發(fā)射圖譜； 圖3實施例1硫化鎘納米晶的X射線衍射圖譜。
具體實施方式
實施例1 : (1)將1毫摩爾的醋酸鎘，6毫摩爾的油酸，15毫升十八烯加熱至12(TC，抽真空30分鐘除去體系中的醋酸和水，然后充入氬氣。(2)停止加熱，待溫度降至室溫，加入0.5毫摩爾的硫粉。(3)將反應(yīng)溶液的溫度升至24(TC，反應(yīng)1小時。(4)停止加熱，待反應(yīng)溶液溫度降至室溫，加入乙醇離心提純，除去上清液，將沉淀分散環(huán)己烷中，再加入乙醇離心，重復(fù)此過程3遍，得到最終產(chǎn)物。 圖1是合成的硫化鎘納米晶的透射電鏡照片，納米晶尺寸分布均勻，平均尺寸為3. 6歷。 圖2是硫化鎘納米晶的吸收譜和熒光發(fā)射圖譜，清晰的吸收峰的表明納米晶的高質(zhì)量，熒光發(fā)射譜中包含本征發(fā)光和缺陷發(fā)光。 圖3硫化鎘納米晶的X射線衍射圖譜，表明通過本方法得到的硫化鎘納米晶具有
立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)。
實施例2 : (1)將1毫摩爾的醋酸鎘，6毫摩爾的油酸，15毫升液體石蠟加熱至12(TC，抽真空30分鐘除去體系中的醋酸和水，然后充入氬氣。(2)停止加熱，待溫度降至室溫，加入0.5毫摩爾的硫粉。(3)將反應(yīng)溶液的溫度升至24(TC，反應(yīng)1小時。(4)停止加熱，待反應(yīng)溶液溫度降至室溫，加入乙醇離心提純，除去上清液，將沉淀分散環(huán)己烷中，再加入乙醇離心，重復(fù)此過程3遍，得到最終產(chǎn)物。其結(jié)果和例l相似。
實施例3 : (1)將1毫摩爾的醋酸鎘，10毫摩爾的油酸，15毫升十八烯加熱至12(TC，抽真空30分鐘除去體系中的醋酸和水，然后充入氬氣。(2)停止加熱，待溫度降至約室溫，加入0.5毫摩爾的硫粉。(3)將反應(yīng)溶液的溫度升至24(TC，反應(yīng)1小時。(4)停止加熱，待反應(yīng)溶液溫度降至室溫，加入乙醇離心提純，除去上清液，將沉淀分散環(huán)己烷中，再加入乙醇離心，重復(fù)此過程3遍，得到最終產(chǎn)物。其結(jié)果和例1相似。
實施例4 : (1)將1毫摩爾的醋酸鎘，2毫摩爾的油酸，15毫升十八烯加熱至12(TC，抽真空30分鐘除去體系中的醋酸和水，然后充入氬氣。(2)停止加熱，待溫度降至室溫，加入0.5毫摩爾的硫粉(3)將反應(yīng)溶液的溫度升至24(TC，反應(yīng)1小時。(4)停止加熱，待反應(yīng)溶液溫度降至室溫，加入乙醇離心提純，除去上清液，將沉淀分散環(huán)己烷中，再加入乙醇離心，重復(fù)此過程3遍，得到最終產(chǎn)物。其結(jié)果和例1相似。
實施例5 : (1)將1毫摩爾的醋酸鎘，6毫摩爾的油酸，15毫升十八烯加熱至12(TC，抽真空30分鐘除去體系中的醋酸和水，然后充入氬氣。(2)停止加熱，待溫度降至約室溫，加入0.5毫摩爾的硫粉。(3)將反應(yīng)溶液的溫度升至30(TC，反應(yīng)1小時。(4)停止加熱，待反應(yīng)溶液溫度降至室溫，加入乙醇離心提純，除去上清液，將沉淀分散環(huán)己烷中，再加入乙醇離心，重復(fù)此過程3遍，得到最終產(chǎn)物。其結(jié)果和例1相似。
實施例6: (1)將1毫摩爾的醋酸鎘，6毫摩爾的油酸，15毫升十八烯加熱至12(TC，抽真空30分鐘除去體系中的醋酸和水，然后充入氬氣。(2)停止加熱，待溫度降至室溫，加入0.25毫摩爾的硫粉(3)。將反應(yīng)溶液的溫度升至240°C，反應(yīng)1小時。(4)停止加熱，待反應(yīng)溶液溫度降至室溫，加入乙醇離心提純，除去上清液，將沉淀分散環(huán)己烷中，再加入乙醇離心，重復(fù)此過程3遍，得到最終產(chǎn)物。其結(jié)果和例1相似。
實施例7 : (1)將1毫摩爾的醋酸鎘，6毫摩爾的油酸，15毫升十八烯加熱至12(TC，抽真空30分鐘除去體系中的醋酸和水，然后充入氬氣。(2)停止加熱，待溫度降至室溫，加入2毫摩爾的硫粉。(3)將反應(yīng)溶液的溫度升至24(TC，反應(yīng)1小時。(4)停止加熱，待反應(yīng)溶液溫度降至室溫，加入乙醇離心提純，除去上清液，將沉淀分散環(huán)己烷中，再加入乙醇離心，重復(fù)此過程3遍，得到最終產(chǎn)物。其結(jié)果和例1相似。
實施例8 : (1)將1毫摩爾的氧化鎘，6毫摩爾的油酸，15毫升十八烯在氬氣下加熱至2S(TC，保溫15分鐘溶解氧化鎘。(2)停止加熱，待溫度降至室溫，加入0.5毫摩爾的硫粉。(3)將反應(yīng)溶液的溫度升至240°C，反應(yīng)1小時。(4)停止加熱，待反應(yīng)溶液溫度降至室溫，加入乙醇離心提純，除去上清液，將沉淀分散環(huán)己烷中，再加入乙醇離心，重復(fù)此過程3遍，得到最終產(chǎn)物。其結(jié)果和例l相似。
權(quán)利要求
一種制備單分散硫化鎘納米晶的方法，包括如下步驟(1)加熱醋酸鎘、油酸和溶劑的混合物至100℃～120℃，得到油酸鎘溶液，抽真空除去體系中的水和醋酸；或加熱氧化鎘、油酸和溶劑的混合物至200℃～300℃，保溫至氧化鎘全部溶解，得到油酸鎘溶液；醋酸鎘或氧化鎘與油酸的摩爾比為1∶2～1∶10；所述的溶劑為十八烯或液體石蠟；(2)將所述的油酸鎘溶液的溫度降至室溫，加入硫粉，油酸鎘與硫的摩爾比為4∶1～1∶4；(3)將步驟(2)的反應(yīng)溶液的溫度升至220℃～300℃進(jìn)行反應(yīng)，至反應(yīng)結(jié)束；(4)停止加熱，待反應(yīng)溶液溫度降至室溫，加入乙醇離心提純，除去上清液，將沉淀分散在非極性溶劑中，再加入乙醇離心，重復(fù)若干次，得到最終產(chǎn)物。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)至步驟(3)的操作在氬氣流保護(hù)氛圍下進(jìn)行。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的非極性溶劑為己烷、環(huán)己烷、甲苯或氯仿。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備單分散硫化鎘納米晶的方法，包括以下步驟(1)利用醋酸鎘、油酸和溶劑或氧化鎘、油酸和溶劑配制油酸鎘溶液；所述的溶劑為十八烯或液體石蠟；(2)將油酸鎘溶液的溫度降至室溫，加入硫粉；(3)將步驟(2)的反應(yīng)溶液的溫度升至220℃～300℃進(jìn)行反應(yīng)，至反應(yīng)結(jié)束；(4)停止加熱，待反應(yīng)溶液溫度降至室溫，加入乙醇離心提純，除去上清液，將沉淀分散在非極性溶劑中，再加入乙醇離心，重復(fù)此過程若干次，得到最終產(chǎn)物。本發(fā)明方法所得到的硫化鎘納米晶具有良好的單分散性和均勻性，尺寸可調(diào)，具有優(yōu)異的熒光性能，可用于光電探測，量子點發(fā)光二極管等領(lǐng)域。
文檔編號C01G11/02GK101767816SQ20101003966
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者李東升, 楊德仁, 鄒彧 申請人:浙江大學(xué)