一种硒掺杂碲化汞胶体量子点的合成方法及其应用

本发明涉及新型半导体材料及红外探测，尤其涉及一种硒掺杂碲化汞胶体量子点的合成方法及其应用。

背景技术：

1、红外光探测已广泛应用于自动驾驶汽车、安防系统、大气监测等领域。到目前为止，商用红外探测器主要依赖于单晶无机半导体，如外延生长的ingaas和hgcdte。单晶材料的高制造门槛和随后复杂的倒装键合工艺，给该技术带来了高昂的成本负担。胶体量子点是红外光电探测器的特别有吸引力的候选者，因为它们具有可调谐的带隙大小、低成本的制造和优异的溶液可加工性，可以直接与si电子器件集成。

2、由于体激子玻尔半径为39.3nm，体带隙为零，碲化汞胶体量子点的吸收带边可以从短波红外扩展到长波红外甚至太赫兹区域，是极具潜力的红外探测材料。尽管在合成过程中的生长动力学调整或合成后的配体工程方面做出了许多努力以突破碲化汞胶体量子点红外探测器性能，但碲化汞胶体量子点的化学稳定性尚未得到充分重视。碲化物化合物是出了名的容易氧化，特别是在纳米尺寸范围内。我们认为，不受控制的氧化可能导致新形成的陷阱态和p型自掺杂，对调节材料本身的性能提出了新的挑战。与此同时，基于传统方法合成碲化汞胶体量子点稳定性较差，不易保存，难以大规模工业化生产。因此，亟需开发一种新型工艺稳定碲化汞胶体量子点抗氧化性和胶体稳定性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，针对现有合成碲化汞胶体量子点的合成方法存在各种不足，提供一种硒掺杂碲化汞胶体量子点的合成方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种硒掺杂碲化汞胶体量子点的合成方法，包括以下步骤：

3、s1：将卤化汞加入到油胺中，得到卤化汞的油胺络合溶液；

4、s2：将硒脲加入油胺溶液中，加热得到油胺硒脲溶液；

5、s3：将碲粉加入三正辛基膦中，加热得到三正辛基碲膦溶液；将所述三正辛基碲膦溶液和油胺硒脲溶液混合形成的混合前驱体溶液；

6、s4：向所述卤化汞的油胺络合溶液中注入混合前驱体溶液，使混合前驱体与卤化汞反应生成硒掺杂碲化汞胶体量子点溶液；

7、s5：向所述硒掺杂碲化汞胶体量子点溶液中注入淬冷剂以停止反应，搅拌一段时间后，加入一定量反溶剂以获得胶体量子点粉末；

8、所述油胺硒脲溶液的浓度为0.1～2mmol/ml，所述三正辛基碲膦溶液的浓度为0.1～1mmol/ml；

9、所述步骤s1～s5均在无水无氧环境中进行。

10、优选的，所述卤化汞的油胺溶液中卤化汞的浓度为0.1～2mol/l；所述卤化汞包括氯化汞，溴化汞和碘化汞中的任意一种或任意组合。

11、优选的，所述步骤s1在50～120℃的温度下进行。

12、优选的，所述步骤s2在150～210℃的温度下进行；所述步骤s3在120～160℃的温度下进行。

13、优选的，所述步骤s3中的混合前驱体溶液中的正辛基碲膦溶液和油胺硒脲溶液比例为1：1～1：10。

14、优选的，所述步骤s5中的淬冷剂包括正己烷、正辛烷、甲苯、四氯乙烯、氯仿中的任意一种或任意组合。

15、优选的，所述步骤s5中添加反溶剂体积为所述硒掺杂碲化汞胶体量子点溶液体积的1-5倍。

16、优选的，所述反溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇、丙酮、乙腈中的任意一种或任意组合。

17、优选的，所述步骤s5中搅拌时间为1-60min。

18、本发明还提供了一种硒掺杂碲化汞胶体量子点，所述硒掺杂碲化汞胶体量子点由上述合成方法制备得到。

19、本发明还提供了一种上述的硒掺杂碲化汞胶体量子点的应用，所述硒掺杂碲化汞胶体量子点应用于红外光电器件中。

20、实施本发明实施例，具有如下有益效果：

21、(1)本发明实施例通过简单的一步法合成了硒掺杂碲化汞胶体量子点，大大简化了碲化汞胶体量子点合成门槛，使其更可控、更快捷、更廉价，具有更高的工业化生产的潜力。

22、(2)本发明实施例通过在混合前驱体溶液中引入一定比例的硒脲前驱体，可以有效的改善硒掺杂碲化汞胶体量子点溶液的加工性和抗氧化性，使所述硒掺杂碲化汞胶体量子点溶液更容易制作出硒掺杂碲化汞胶体量子点。

23、(3)本发明实施例制备得到的硒掺杂胶体量子点尺寸可调，形貌可控，并且具有良好的单分散性、高度结晶性、良好的光电特性、技术可靠性高以及可加工性高等特点。

24、(4)本发明实施例制备得到的硒掺杂碲化汞胶体量子点可长期稳定分散在常规有机溶剂中，可存放时间超过一年。

技术特征：

1.一种硒掺杂碲化汞胶体量子点的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的硒掺杂碲化汞胶体量子点的合成方法，所述卤化汞的油胺溶液中卤化汞的浓度为0.1～2mol/l；所述卤化汞包括氯化汞，溴化汞和碘化汞中的任意一种或任意组合。

3.根据权利要求1所述的硒掺杂碲化汞胶体量子点的合成方法，其特征在于，所述步骤s1在50～120℃的温度下进行。

4.根据权利要求1所述的硒掺杂碲化汞胶体量子点的合成方法，其特征在于，所述步骤s2在150～210℃的温度下进行；所述步骤s3在120～160℃的温度下进行。

5.根据权利要求1所述的硒掺杂碲化汞胶体量子点的合成方法，其特征在于，所述步骤s3中的混合前驱体溶液中的正辛基碲膦溶液和油胺硒脲溶液比例为1：1～1：10。

6.根据权利要求1所述的硒掺杂碲化汞胶体量子点的合成方法，其特征在于，所述步骤s5中的淬冷剂包括正己烷、正辛烷、甲苯、四氯乙烯、氯仿中的任意一种或任意组合。

7.根据权利要求1所述的硒掺杂碲化汞胶体量子点的合成方法，其特征在于，所述步骤s5中添加反溶剂体积为所述硒掺杂碲化汞胶体量子点溶液体积的1-5倍；

8.根据权利要求1所述的硒掺杂碲化汞胶体量子点的合成方法，其特征在于，所述步骤s5中搅拌时间为1-60min。

9.一种硒掺杂碲化汞胶体量子点，其特征在于，所述硒掺杂碲化汞胶体量子点由权利要求1-8中任一所述合成方法制备得到。

10.一种根据权利要求1-8中任一项所述的硒掺杂碲化汞胶体量子点的应用，其特征在于，所述硒掺杂碲化汞胶体量子点应用于红外光电器件中。

技术总结本发明涉及一种硒掺杂碲化汞胶体量子点合成方法及其应用，所述合成方法包括以下步骤：将卤化汞加入到油胺中，得到卤化汞的油胺络合溶液；向该溶液中快速注入三正辛基碲膦和油胺硒脲的混合前驱体溶液，使混合前驱体与卤化汞反应生成硒掺杂碲化汞胶体量子点。本发明合成方法通过简单的一步法合成了硒掺杂碲化汞胶体量子点，大大简化了碲化汞胶体量子点合成门槛，使其更可控、更快捷、更廉价。技术研发人员：蓝新正,余梦轩,唐江,张建兵,高亮,浦世亮,毛慧,蔡宏,朱镇峰,张世峰受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11