一种核壳结构量子点及其制备方法和应用

本发明属于半导体发光材料，具体涉及一种核壳结构量子点及其制备方法和应用。

背景技术：

1、量子点，又称为半导体纳米晶，是指半径小于或接近激子波尔半径的半导体晶体，是半导体材料介于分子和体相材料之间的过渡态，由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成具有分子特性的分离能级结构，受激后可以发射荧光。基于量子效应，量子点在太阳能电池、光学器件、光学生物标记等领域具有广泛的应用前景。但目前量子点的合成仍存在一些问题：一是二元半导体纳米晶包括ii-vi族量子点和iii-v族量子点(cds、pbs、cdse、cdp、hgte、inp和inas等)，含有高毒性的a类(hg、cd、pb)和b类(as、p)元素；二是一些合成方法(热注射法和水热法等)使用价格昂贵、易燃易爆或者高毒性的试剂(如硅基磷、三正辛基氧膦等)，或操作过程需在苛刻的无氧无水条件下进行，这在很大程度上增加了工业生产的成本和技术困难。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种核壳结构量子点及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法操作简便，原料成本低廉，毒性低，由此制得的核壳结构量子点具有良好的水溶性和稳定性。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种核壳结构量子点的制备方法，包括以下步骤：

4、将水、羧甲基壳聚糖、金属阳离子前体和阴离子前体混合，进行热处理，得到量子点核；

5、将所述量子点核与锌源、硫源混合，在核表面聚集生长硫化锌壳层，得到所述核壳结构量子点。

6、优选地，所述量子点核为i-iii-vi族量子点核或i-ii-iii-vi族量子点核；所述i-iii-vi族量子点核由i族元素、iii族元素和vi族元素组成；所述i-ii-iii-vi族量子点核由i族元素、ii族元素、iii族元素和vi族元素组成；

7、所述i族元素包括cu和ag中的至少一种；所述ii族元素包括zn和mn中的至少一种；所述iii族元素为in；所述vi族元素包括s、se和te中的至少一种。

8、优选地，所述金属阳离子前体包括铜离子前体、银离子前体、锌离子前体、锰离子前体和铟离子前体中的至少一种；所述阴离子前体包括硫离子前体、硒离子前体和碲离子前体中的至少一种。

9、优选地，所述铜离子前体包括硝酸铜、氯化铜、氧化铜、氧化亚铜、硫酸铜和醋酸铜中的至少一种；所述银离子前体包括硝酸银和醋酸银中的至少一种；所述锌离子前体包括氧化锌、硫酸锌、硝酸锌、氯化锌和醋酸锌中的至少一种；所述锰离子前体包括二氯化锰和硝酸锰中的至少一种；所述铟离子前体包括氧化铟、硫酸铟、氯化铟、氢氧化铟、硝酸铟和醋酸铟中的至少一种；

10、所述硫离子前体包括单质硫、硫脲、硫代乙酰胺、硫化钠、硫氢化钠、硫氢化铵和硫化铵中至少一种；所述硒离子前体包括单质硒、硒化钠和硒氢化钠中的至少一种；所述碲离子前体包括碲氢化钠和亚碲酸钠中的至少一种。

11、优选地，所述锌源包括氧化锌、硫酸锌、硝酸锌、氯化锌和醋酸锌中的至少一种；所述硫源包括硫脲、硫代乙酰胺、硫化钠、硫粉和硫化铵中的至少一种。

12、优选地，所述热处理的温度为50～180℃，时间为10min～5h；在核表面聚集生长硫化锌壳层所需的温度为50～160℃，时间为10min～5h。

13、本发明提供了上述技术方案所述制备方法得到的核壳结构量子点，包括量子点核和包覆在所述量子点核表面的硫化锌壳层。

14、优选地，所述核壳结构量子点的硫化锌壳层的包覆层数为1～10层。

15、优选地，所述核壳结构量子点为agins/zns核壳结构量子点、aginse/zns核壳结构量子点、aginte/zns核壳结构量子点、aginzns/zns核壳结构量子点、cuinte/zns核壳结构量子点、cuinmns/zns核壳结构量子点或cumninse/zns核壳结构量子点。

16、本发明提供了上述技术方案所述核壳结构量子点在半导体发光材料中的应用。

17、本发明提供了一种核壳结构量子点的制备方法，包括以下步骤：将水、羧甲基壳聚糖、金属阳离子前体和阴离子前体混合，进行热处理，得到量子点核；将所述量子点核与锌源、硫源混合，在核表面聚集生长硫化锌壳层，得到所述核壳结构量子点。在本发明中，水是溶剂，羧甲基壳聚糖是配体，同时也是合成种核壳结构量子点必要的稳定剂，对量子点的发光强度具有较大的影响；金属阳离子前体和阴离子前体的作用是为量子点成核过程提供原料；锌源和硫源的作用是提供包壳所需的锌元素和硫元素原料，以得到核壳结构的量子点，通过原位生长硫化锌壳层得到核壳结构量子点。本发明提供的制备方法操作简便，重复性好，原料成本低廉，毒性低，由此制得的核壳结构量子点具有良好的水溶性和稳定性。

18、进一步地，本发明通过改变制备过程中的反应参数调节光学带隙从而得到具备不同发光颜色的核壳结构量子点。

19、本发明制备的得到的核壳结构量子点在水中稳定性极好，在室温空气中静置几个月无明显沉淀产生。本发明制备得到的核壳结构量子点基本可以满足生物成像、生物标记及照明等领域的应用需求。

技术特征：

1.一种核壳结构量子点的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述量子点核为i-iii-vi族量子点核或i-ii-iii-vi族量子点核；所述i-iii-vi族量子点核由i族元素、iii族元素和vi族元素组成；所述i-ii-iii-vi族量子点核由i族元素、ii族元素、iii族元素和vi族元素组成；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述金属阳离子前体包括铜离子前体、银离子前体、锌离子前体、锰离子前体和铟离子前体中的至少一种；所述阴离子前体包括硫离子前体、硒离子前体和碲离子前体中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铜离子前体包括硝酸铜、氯化铜、氧化铜、氧化亚铜、硫酸铜和醋酸铜中的至少一种；所述银离子前体包括硝酸银和醋酸银中的至少一种；所述锌离子前体包括氧化锌、硫酸锌、硝酸锌、氯化锌和醋酸锌中的至少一种；所述锰离子前体包括二氯化锰和硝酸锰中的至少一种；所述铟离子前体包括氧化铟、硫酸铟、氯化铟、氢氧化铟、硝酸铟和醋酸铟中的至少一种；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌源包括氧化锌、硫酸锌、硝酸锌、氯化锌和醋酸锌中的至少一种；所述硫源包括硫脲、硫代乙酰胺、硫化钠、硫粉和硫化铵中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为50～180℃，时间为10min～5h；在核表面聚集生长硫化锌壳层所需的温度为50～160℃，时间为10min～5h。

7.根据权利要求1～6任一项所述制备方法得到的核壳结构量子点，包括量子点核和包覆在所述量子点核表面的硫化锌壳层。

8.根据权利要求7所述的核壳结构量子点，其特征在于，所述核壳结构量子点的硫化锌壳层的包覆层数为1～10层。

9.根据权利要求7或8所述的核壳结构量子点，其特征在于，所述核壳结构量子点为agins/zns核壳结构量子点、aginse/zns核壳结构量子点、aginte/zns核壳结构量子点、aginzns/zns核壳结构量子点、cuinte/zns核壳结构量子点、cuinmns/zns核壳结构量子点或cumninse/zns核壳结构量子点。

10.权利要求7～9任一项所述核壳结构量子点在半导体发光材料中的应用。

技术总结本发明提供了一种核壳结构量子点及其制备方法和应用，属于半导体发光材料技术领域。本发明所述核壳结构量子点的制备方法包括以下步骤：将水、羧甲基壳聚糖、金属阳离子前体和阴离子前体混合，进行热处理，得到量子点核；将所述量子点核与锌源、硫源混合，在核表面聚集生长硫化锌壳层，得到所述核壳结构量子点。本发明提供的制备方法操作简便，原料成本低廉，毒性低，由此制得的核壳结构量子点具有良好的水溶性和稳定性。技术研发人员：康晓娇,高天宇,吕伟受保护的技术使用者：东莞理工学院技术研发日：技术公布日：2024/6/20