專利名稱：一種碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米復合材料技術領域，涉及碳納米管/硒化鎘量子點(CNT/CdSe)納 米復合材料及其制備方法。
背景技術：
碳納米管由于具有優(yōu)良且獨特的機械、熱學和電學性能而一直成為國內(nèi)外研究的 熱點。近年來，人們在碳納米管表面包覆納米半導體材料以優(yōu)化碳納米管的性能和拓寬其 應用領域。研究表明，在碳納米管表面均勻包覆一層半導體納米晶，當其晶粒尺寸達到納米 量級時具有量子尺寸效應、易光致激發(fā)等諸多優(yōu)異特點，該復合材料可望應用于光纖通信、 發(fā)光二極管和光電電池等領域。量子點具有許多獨特的光學性質(zhì)。首先，量子點的激發(fā)光波長范圍很寬，且連續(xù)分 布，只要能量大于其最小激發(fā)波長的光都可以對其進行激發(fā)。因此不同大小的量子點可以 由同一波長的光激發(fā)；其次，量子點的發(fā)光性質(zhì)可以通過改變量子點的尺寸來加以控制，通 過調(diào)節(jié)不同的尺寸，可以獲得不同發(fā)射波長的量子點。而且其具有較大的斯托克位移和狹 窄對稱的熒光譜峰，同時使用不同光譜特征的量子點時，其發(fā)射光譜不出現(xiàn)交疊，或只有很 少交疊，使標記生物分子熒光譜的區(qū)分、識別變得很容易；另外，量子點還具有高的光化學 穩(wěn)定性，能夠有效地避免化學降解和光降解。由于碳納米管和量子點各自所具有的獨特的性質(zhì)和良好的應用前景，將二者組裝 成為一個納米復合材料的技術要求也就更為迫切。已有的報道用嘧啶或者PEG作為表面活 性劑，大都以TOPO為硒和鎘前驅(qū)體反應體系，制得的硒化鎘通過從油相轉移到水相，再連 接到碳納米管上。在這些過程當中，大都需要高溫、高氣密性裝置以及一些特殊裝置，而且 制備的原料和試劑對人體的危害也較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術所存在的缺陷，提供一種具有良好分散性、且原位 修飾上硒化鎘量子點的碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料。本發(fā)明還提供了上述碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料的制備方法。技術方案為一種碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料，以碳納米管為骨架，表 面包覆硒化鎘。這種碳納米管/硒化鎘納米復合材料具有良好分散性，且原位修飾上硒化 鎘量子點。上述碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料的制備方法包括如下步驟(1)將多壁碳納米管與加熱到200 240°C的Se前驅(qū)體溶液混合，攪拌和保溫反 應15 90min ；多壁碳納米管與Se的用量比為60 90g/mol ；(2)向步驟(1)所得混合液中加入CdO前驅(qū)體溶液，210 230°C下保溫并持續(xù)攪 拌10 30min ；Se與CdO的摩爾比為1 0. 95 1. 05 ；(3)冷卻至10 40°C后用醇沉淀，分離取沉淀并洗滌干燥，得到碳納米管/硒化鎘納米復合材料。步驟(1)中所述的Se前驅(qū)體溶液濃度為0.01 0.04mol/L，制備方法為，將Se粉 與液體石蠟混合，攪拌并加熱到200 240°C形成均一溶液，升溫速率為5 15°C /min。步驟(1)中所述的多壁碳納米管的管徑為10 lOOnm，長度為1 15 μ m。步驟⑵中所述的CdO前驅(qū)體溶液濃度為0. 1 0.4mol/L，制備方法為，將CdO粉 末與油酸和液體石蠟混合，攪拌并加熱到120 160°C，使CdO粉末溶解形成均一溶液；油 酸和液體石蠟的體積比為1 4 6。步驟(3)中所述的醇為甲醇或乙醇。 步驟(3)中將沉淀在40 80°C下真空干燥。這種制備方法簡單，甚至可以不需要氮氣的保護，碳納米管的分散性良好，生成的 硒化鎘均勻地包覆在碳納米管的表面，原位修飾的硒化鎘量子點的平均粒徑大小為4 5nm。所得到的納米復合材料在乙醇、氯仿等溶劑中具有良好的分散性，且具有較強的熒光。本發(fā)明采用“綠色化學”的方法制備硒化鎘量子點，主要是選擇了液體石蠟和油酸 作為反應的體系，大大降低了以三辛基磷化氫(TOP)和三辛基氧化膦(TOPO)作為反應體系 所帶來的對環(huán)境和實驗工作人員的危害，同時也降低了實驗裝置的復雜性。碳納米管沒有經(jīng)過濃酸處理，碳納米管結構的完整性得到保護；不需要經(jīng)過表面 修飾，而是利用其在油相溶液當中本身就具有的良好分散性，直接在碳納米管表面上進行 原位修飾，減少了復雜的相轉移過程。因此，本發(fā)明的制備方法操作簡單、適合工業(yè)化生產(chǎn)， 同時對環(huán)境和人體的危害都得到大大降低。


圖1為實施例3所制得的碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料的TEM圖(a)和 高分辨TEM圖(b)；圖2為實施例3所制得的碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料的X射線能譜分 析(EDS)圖；圖3為實施例3所制得的碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料的XRD圖，與國 際標準譜線中的硒化鎘(PDF#19-0191)的標準譜線一致；圖4為實施例3 5所制得的碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料的紫外吸收 光譜圖；圖5為實施例3 5所制得的碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料的熒光發(fā)射 光譜圖。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明的實質(zhì)，下面通過實施例來詳細說明本發(fā)明的技術內(nèi)容， 但本發(fā)明的內(nèi)容并不局限于此。實施例ISe前驅(qū)體溶液的制備稱取1. Ommol Se粉(合0. 0790g)與50ml液體石蠟加入250ml三頸燒瓶中，快速 持續(xù)攪拌及甲基硅油油浴的條件下緩慢加熱到220°C (升溫速率為5 15°C /min)形成均 一溶液，即Se的前驅(qū)體溶液。溶液起初呈亮黃色并逐漸轉變?yōu)槌赛S色。
實施例2Cd0前驅(qū)體溶液的制備稱取IOmmol CdO粉末(合1. 2814g)置于250ml三頸燒瓶中，在持續(xù)攪拌的條件 下依次加入9. 6ml油酸和40ml液體石蠟，油浴加熱至150°C，使暗紅色的CdO粉末逐漸溶解 并形成一暗紅色的均一溶液，即CdO的前驅(qū)體溶液。實施例3
(1)加入80mg未用濃酸處理過的多壁碳納米管(MWCNT)到實施例1所制備的 220°C的Se前驅(qū)體溶液(含l.Ommol Se前驅(qū)體)中，快速持續(xù)攪拌和保溫一小時后，反應 體系變成均勻的深暗紅色溶液。(2)用移液管中取出5ml實施例2所制備的CdO前驅(qū)體溶液(約含1. Ommol CdO 的前驅(qū)體)，快速注入步驟(1)所得混合液中并在220 230°C下保溫持續(xù)攪拌反應15min。(3)撤去熱源并停止攪拌，冷卻至室溫(15 25°C )，加入甲醇促進碳納米管/硒 化鎘量子點納米復合材料(MWCNT/CdSe)的沉淀，離心分離出沉淀，用乙醇清洗3 5次， 50°C真空干燥。所得產(chǎn)品的TEM圖和高分辨TEM圖如圖1所示；X射線能譜分析(EDS)圖如圖2所 示；XRD圖如圖3所示，與國際標準譜線中的硒化鎘(PDF#19-0191)的標準譜線一致。步驟(1)中所用的多壁碳納米管的管徑為10 lOOnm，長度為1 15 μ m。碳納 米管/硒化鎘量子點納米復合材料上原位修飾的硒化鎘量子點的平均粒徑大小為4. 5nm。實施例4步驟(2)中的反應時間為30min，其余同實施例3。實施例5步驟(2)中的反應時間為60min，其余同實施例3。實施例3 5所得到的碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料在乙醇或氯仿中有 良好的分散性；紫外吸收光譜圖和熒光發(fā)射光譜圖如圖4和圖5所示。
權利要求
一種制備碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將多壁碳納米管與加熱到200～240℃的Se前驅(qū)體溶液混合，攪拌和保溫反應15～90min；多壁碳納米管與Se的用量比為60～90g/mol；(2)向步驟(1)所得混合液中加入CdO前驅(qū)體溶液，210～230℃下保溫并持續(xù)攪拌10～30min；Se與CdO的摩爾比為1∶0.95～1.05；(3)冷卻至10～40℃后用醇沉淀，分離取沉淀并洗滌干燥，得到碳納米管/硒化鎘納米復合材料。
2.權利要求1所述制備碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料的方法，其特征在于，步 驟(1)中所述的多壁碳納米管的管徑為10 lOOnm，長度為1 15 μ m。
3.權利要求1所述制備碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料的方法，其特征在于， Se前驅(qū)體溶液濃度為0. 01 0. 04mol/L, CdO前驅(qū)體溶液濃度為0. 1 0. 4mol/L。
4.權利要求1所述制備碳納米管/硒化鎘納米量子點復合材料的方法，其特征在于，所 述的Se前驅(qū)體溶液制備方法為，將Se粉與液體石蠟混合，攪拌并加熱到200 240°C形成 均一溶液，升溫速率為5 15°C /min。
5.權利要求1所述制備碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料的方法，其特征在于，所 述的CdO前驅(qū)體溶液制備方法為，將CdO粉末與油酸和液體石蠟混合，攪拌并加熱到120 160°C，使CdO粉末溶解形成均一溶液；油酸和液體石蠟的體積比為1 4 6。
6.權利要求1所述制備碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料的方法，其特征在于，步 驟(3)中所述的醇為甲醇或乙醇。
7.權利要求1所述制備碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料的方法，其特征在于，步 驟(3)中將沉淀在40 80°C下真空干燥。
8.—種碳納米管/硒化鎘納米量子點復合材料，其特征在于，以碳納米管為骨架，表面 包覆硒化鎘量子點，通過權利要求1 7所述的方法制備。
全文摘要
本發(fā)明屬于納米復合材料技術領域，公開了一種碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料及制備方法。這種碳納米管/硒化鎘量子點納米復合材料以碳納米管為骨架，表面包覆硒化鎘量子點；制備方法為(1)將多壁碳納米管與加熱到200～240℃的Se前驅(qū)體溶液混合，攪拌和保溫反應15～90min；多壁碳納米管與Se的用量比為60～90g/mol；(2)加入CdO前驅(qū)體溶液，保溫并持續(xù)攪拌10～30min；Se與CdO摩爾比為10.95～1.05；(3)冷卻后用醇沉淀。制備方法操作簡單、適合工業(yè)化生產(chǎn)，同時對環(huán)境和人體的危害都得到大大降低；所得到的納米復合材料在乙醇、氯仿等溶劑中具有良好的分散性，且具有較強的熒光。
文檔編號C09K11/88GK101864316SQ20101020645
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月22日 優(yōu)先權日2010年6月22日
發(fā)明者吳惠霞, 楊仕平, 王俊 申請人:上海師范大學