技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種硫化鉛量子點(diǎn)的制備方法。

背景技術(shù)：

目前，在化石燃料日趨減少、溫室效應(yīng)不斷的加劇的情況下，太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分。太陽能由于清潔無污染、儲量豐富。太陽能是清潔無污染的可再生能源，而且儲量豐富且不受地域限制，被用于替代即將枯竭的化石能源，且能解決中國面臨的低碳經(jīng)濟(jì)的沖擊。在各類新型太陽電池中，量子點(diǎn)與上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料相結(jié)合在太陽能電池領(lǐng)域以低成本、制作工藝簡單、相對較高的光電轉(zhuǎn)換效率而成為研究熱點(diǎn)。

量子點(diǎn)(QDs)，又可稱為納米晶，一般由II—VI族或IV－VI族元素組成的納米顆粒，粒徑一般介于1~10 nm之間。當(dāng)量子點(diǎn)的尺寸小于其有效Bohr半徑時，量子限制效應(yīng)(quantum confinement effect)十分明顯，表現(xiàn)出獨(dú)特的隨著本身尺寸大小而該改變的物理化學(xué)性能、光電性能和磁學(xué)性能。量子點(diǎn)材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樘柲茈姵?、生物?biāo)記和生物傳感器等。例如應(yīng)用多種尺寸量子點(diǎn)材料可提高整個太陽光譜范圍內(nèi)的效率，減少了透過及短波長范圍內(nèi)的能量損失，這意味著太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率能夠得到大幅度的提高。此外，量子點(diǎn)作為熒光共振能量轉(zhuǎn)移(Fluorescence resonant energy transfer, FRET)的供體或給體，與上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料相結(jié)合在生物醫(yī)學(xué)、傳感器、太陽能電池等方面有很大的應(yīng)用潛力。

作為IV－VI族半導(dǎo)體中的重要化合物，硫化鉛由于較小的能帶間隙(0.41 eV，300 K)和較大的激子半徑(18 nm)，納米尺度的PbS能帶從近紅外藍(lán)移到可見光區(qū)域，呈現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)。傳統(tǒng)上采用有機(jī)金屬路線法合成PbS納米材料，此方法常使用有毒性原料，并且需要高溫和高沸點(diǎn)等反應(yīng)條件。目前，已有研究者報(bào)道采用濕化學(xué)方法合成不同形貌的PbS納米材料，例如納米棒、納米片、樹狀結(jié)構(gòu)等，但采用濕化學(xué)方法合成PbS量子點(diǎn)卻鮮有報(bào)道。Bakueva研究小組首次報(bào)道了采用表面活性劑一硫代丙三醇(TGL)和二硫代丙三醇(DTG)的混合物在水溶液中制備出尺寸均勻、直徑約為4 nm ± 1 nm的PbS量子點(diǎn)。Deng等采用表面活性劑二氫硫辛酸(DHLA)在室溫和水溶液條件下成功合成水溶性的PbS量子點(diǎn)。雖然通過使用表面活性劑一硫代丙三醇(TGL)和二硫代丙三醇或者二氫硫辛酸(DHLA)能在水溶液條件下制備出PbS量子點(diǎn)，但是此類穩(wěn)定劑價格昂貴，而且有毒性，不適合規(guī)?；a(chǎn)。因此，迫切需要尋找一種價格低廉制備PbS量子點(diǎn)的制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提供一種硫化鉛量子點(diǎn)的制備方法。

一種硫化鉛量子點(diǎn)的制備方法，包括如下步驟：

a. 按照物質(zhì)的量準(zhǔn)備助劑：十六烷基三甲基溴化銨 20~ 30份、十二烷基硫酸鈉20~ 30份、檸檬酸鈉 40~ 60份；

b. 將上述混合助劑加入水浴溫度為50℃~70℃去離子水中，持續(xù)高速攪拌3~5 min使之完全溶解，配置成混合溶液；

c. 加數(shù)滴稀硝酸溶液于上述混合溶液中，將pH值調(diào)節(jié)到3~5，然后向該溶液中加入檸檬酸鈉，檸檬酸鈉物質(zhì)的量為乙酸鉛的2~4倍，溶液持續(xù)高速攪拌1~2 min，直至變?yōu)闇\黃色溶液；

d. 繼續(xù)緩慢加入檸檬酸鈉，檸檬酸鈉物質(zhì)的量為硫脲的2~4倍，溶液持續(xù)高速攪拌3~5 min，溶液顏色由橙黃色慢慢變?yōu)樽睾稚?/p>

e. 將上述所得混合溶液，室溫冷卻后，經(jīng)過離心處理，依次用去離子水、無水乙醇各清洗三次，將得到的硫化鉛保存于無水乙醇。

所述的檸檬酸鈉的物質(zhì)的量為十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉二者物質(zhì)的量之和。

所述的乙酸鉛溶液和硫脲溶液所含物質(zhì)的量相等。

所述的制備出的硫化鉛量子點(diǎn)的直徑尺寸為3~5 nm。

所述的助劑以物質(zhì)的量計(jì)：十六烷基三甲基溴化銨25份、十二烷基硫酸鈉25份、檸檬酸鈉50份；

所述的乙酸鉛溶液和硫脲溶液所含物質(zhì)的量都為檸檬酸鈉物質(zhì)的量2.5倍。

所述的制備步驟從硫脲溶液加入那一刻時間算起，反應(yīng)物加入完之后時間控制在3~5分鐘。反應(yīng)時間要嚴(yán)格控制，時間過長，則制備不出量子點(diǎn)。

所述步驟b中將上述混合助劑加入水浴溫度為60℃去離子水中。

本發(fā)明的有益效果：

反應(yīng)溫度較低，反應(yīng)條件溫和；無需使用高沸點(diǎn)溶劑；制備方法安全無毒，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好；所得硫化鉛量子點(diǎn)具有良好單分散性。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是所制備的PbS量子點(diǎn)透射電鏡圖；

圖2是所制備的PbS量子XRD圖譜。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

一種硫化鉛量子點(diǎn)的制備方法，包括如下步驟：

a. 按照物質(zhì)的量準(zhǔn)備助劑：十六烷基三甲基溴化銨 20~30份、十二烷基硫酸鈉20~30份、檸檬酸鈉 40~60份；

b. 將上述混合助劑加入溫度為50℃~70℃水，持續(xù)高速攪拌3~5 min使之完全溶解,配置成混合溶液；

c. 加數(shù)滴稀硝酸溶液于上述混合溶液中，將pH值調(diào)節(jié)到3~5，然后向該溶液中加入檸檬酸鈉，檸檬酸鈉物質(zhì)的量為乙酸鉛的2~4倍，溶液持續(xù)高速攪拌1~2 min，直至變?yōu)闇\黃色溶液；

d. 繼續(xù)緩慢加入檸檬酸鈉，檸檬酸鈉物質(zhì)的量為硫脲的2~4倍，溶液持續(xù)高速攪拌3~5 min，溶液顏色由橙黃色慢慢變?yōu)樽睾稚?/p>

e. 將上述所得混合溶液，室溫冷卻后，經(jīng)過離心處理，依次用去離子水、無水乙醇各清洗三次，將得到的硫化鉛保存于無水乙醇。

所述的檸檬酸鈉的物質(zhì)的量為十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉二者物質(zhì)的量之和。

所述乙酸鉛溶液和硫脲溶液所含物質(zhì)的量相等。

制備出的硫化鉛量子點(diǎn)的直徑尺寸為3~5 nm。

所述助劑以物質(zhì)的量計(jì)：十六烷基三甲基溴化銨25份、十二烷基硫酸鈉25份、檸檬酸鈉50份；

所述乙酸鉛溶液和硫脲溶液所含物質(zhì)的量都為檸檬酸鈉物質(zhì)的量2.5倍。

所述的制備步驟從硫脲溶液加入那一刻時間算起，反應(yīng)物加入完之后時間控制在3~5分鐘。反應(yīng)時間要嚴(yán)格控制，時間過長，則制備不出量子點(diǎn)。

所述步驟b中將上述混合助劑加入水浴溫度為60℃去離子水中。

實(shí)施例1

1）分別稱量十六烷基三甲基溴化銨18.2 mg (0.05 mmol)、十二烷基硫酸鈉14.4 mg (0.05 mmol)、檸檬酸鈉 29.4 mg (0.1 mmol)，加入到50 mL水溫為60℃的燒杯中，持續(xù)高速攪拌3~5 min使之完全溶解；

2）加數(shù)滴稀硝酸溶液于上述混合溶液中，并用pH計(jì)調(diào)節(jié)pH值到4，然后加入5 mL 0.05 mol/L乙酸鉛溶液并持續(xù)高速攪拌2min，此時溶液變?yōu)闇\黃色；

3）緩慢加入10 mL 濃度為0.025 mol/L的硫脲溶液并持續(xù)高速攪拌4 min，溶液顏色由橙黃色慢慢變?yōu)樽睾稚?/p>

4）將上述所得混合溶液，室溫冷卻后，經(jīng)過離心處理，依次用去離子水、無水乙醇各清洗三次，將得到的硫化鉛保存于無水乙醇。

實(shí)施例2

1） 分別稱量十六烷基三甲基溴化銨36.4mg (0.1 mmol)、十二烷基硫酸鈉28.8mg (0.1 mmol)、檸檬酸鈉58.8 mg (0.2 mmol)，加入到100 mL水溫為70℃的燒杯中，持續(xù)高速攪拌3~5 min使之完全溶解；

2）加數(shù)滴稀硝酸溶液于上述混合溶液中，并用pH計(jì)調(diào)節(jié)pH值到5，然后加入40ml 0.05 mol/L硫脲溶液并持續(xù)高速攪拌2 min；

3）緩慢加入80 mL 濃度為0.025 mol/L的乙酸鉛溶液并持續(xù)高速攪拌3min，溶液顏色由淺黃色、橙黃色慢慢變?yōu)樽睾稚?，這意味著PbS量子點(diǎn)的生成；

4）將上述所得混合溶液，室溫冷卻后，經(jīng)過離心處理，依次用去離子水、無水乙醇各清洗三次，將得到的硫化鉛保存于無水乙醇。

實(shí)施例3

1） 分別稱量十六烷基三甲基溴化銨29.12 mg (0.08 mmol)、十二烷基硫酸鈉34.56 mg (0.12 mmol)、檸檬酸鈉 58.8 mg (0.2 mmol)，加入到300mL水溫為70℃的燒杯中，持續(xù)高速攪拌3~5 min使之完全溶解；

2）加數(shù)滴稀硝酸溶液于上述混合溶液中，并用pH計(jì)調(diào)節(jié)pH值到5，然后加入80 ml 0.05 mol/L硫脲溶液并持續(xù)高速攪拌2 min；

3）緩慢加入160 mL 濃度為0.025 mol/L的乙酸鉛溶液并持續(xù)高速攪拌3min，溶液顏色由淺黃色、橙黃色慢慢變?yōu)樽睾稚?，這意味著PbS量子點(diǎn)的生成；

4）將上述所得混合溶液，室溫冷卻后，經(jīng)過離心處理，依次用去離子水、無水乙醇各清洗三次，將得到的硫化鉛保存于無水乙醇。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。