一种钝化量子点表面的方法及其应用

本申请涉及半导体纳米材料，尤其涉及一种钝化量子点表面的方法及其应用。

背景技术：

1、量子点是一种微小的半导体粒子，直径一般在2到10纳米之间，它们通常由硒化镉、硫化铅、硒化铅等材料制成。由于其尺寸小于材料本身的激子波尔半径，此时材料表现出特有的包括量子限域效应和可调的光学性质。量子点尺寸越小，量子限域效应越强。通过改变量子点尺寸大小，可以调节量子点的能带位置，从而改变其吸收和发射光谱。这一性质使量子点被广泛应用于电子学、显示技术和生物医学成像等领域。

2、虽然量子点材料具有许多优异的电学、光学特性，但是由于量子点自身的纳米级别尺寸导致其具有高比表面积，因此，量子点表面上有许多的未满足价电子的原子，也就是悬挂键。悬挂键的存在会导致量子点的不稳定以及表面缺陷，从而影响量子点的电学和光学性质。通过分子配体钝化能够有效减少量子点表面悬挂键，从而提升量子点性能。

3、常用的量子点表面配体有：长链脂肪酸配体，如油酸、硬脂酸等；硫醇配体，如巯基乙酸、乙二硫醇等；烷基氧化磷配体，如三辛基氧化磷(topo)等；胺类配体，如正丁胺、苯乙胺等；一些聚合物高分子，如聚乙二醇(peg)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)等以及卤素离子配体，如碘化铅、溴化铅、碘化钠等。但这些配体用于量子点表面钝化时，都存在不足。对于硒化镉(cdse)量子点、硫化铅(pbs)量子点、硒化铅(pbse)量子点而言，其表面的悬挂键主要来源为未与配体分子结合的pb2+、cd2+的阳离子。对于长链脂肪酸配体，由于空间位阻效应，难以实现量子点表面的阳离子被完全钝化。对于胺类配体，n原子上存在孤对电子，因此会与pb2+的空轨道结合，形成配位键，但是胺类配体碱性较强，在实现表面配体钝化的过程中，会导致pb2+、cd2+析出，从而使得pbs量子点发生解离、分解。对于硫醇类配体，巯基(—sh)与表面阳离子结合能力过强，同样会导致量子点的解离。对于高分子配体，由于分子链段官能团密度不够高，对于量子点表面钝化效果较弱，高分子配体更多的是起到阻隔水氧与量子点表面发生结合的作用。对于卤素离子配体这类阴离子型配体，它能够与量子点表面的阳离子之间产生静电吸附作用，从而钝化未配位的阳离子，但是这种静电吸附作用通常而言是很弱的，因此，其钝化能力也有限。

4、因此，亟需开发出一种新的量子点表面钝化方法以提升量子点材料性能。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本申请提供了一种钝化量子点表面的方法及其应用，旨在解决现有技术中减少量子点(如硒化镉量子点、硫化铅量子点及硒化铅量子点)表面悬挂键不足而导致钝化效果不佳的问题，以制备出更优荧光量子效率的量子点材料。

2、为实现上述目的，本申请提供了如下技术方案：

3、第一方面，本申请提供了一种钝化量子点表面的方法，所述方法包括在量子点的溶液中加入一种配体化合物，所述配体化合物具有式i所示结构式的至少一种：

4、其中，c1选自h—、cnh2n+1—、cnh2n+1o—中的任一种；n为自然数。

5、第二方面，本申请提供了一种量子点材料，其通过前述钝化量子点表面的方法进行制备。

6、第三方面，本申请提供了前述钝化量子点表面的方法或前述量子点材料在制备光电产品中的应用，所述光电产品包括光催化剂、太阳能电池板、显示器、显影剂、照明器件、量子点传感器中的至少一种。

7、本申请提供的技术方案，与现有技术相比，至少具有如下有益效果：

8、本申请提供了一种钝化量子点表面的新方法，该方法采用了一种膦类化合物，所述膦类化合物能够实现多种量子点如硒化镉量子点、硫化铅量子点、硒化铅量子点的表面钝化。从实验结果来看，由于量子点表面被有效钝化，表面缺陷位点明显减少，从而光生载流子捕获位点减少，量子点荧光峰明显增强。采用本申请提供的量子点钝化方法获得的量子点材料，可用于制备光电探测器的光敏材料，应用前景广泛。

技术特征：

1.一种钝化量子点表面的方法，其特征在于，所述方法包括在量子点的溶液中加入一种配体化合物，所述配体化合物具有式i所示结构式的至少一种：其中，c1选自h—、cnh2n+1—、cnh2n+1o—中的任一种；n为自然数。

2.根据权利要求1所述钝化量子点表面的方法，其特征在于，所述配体化合物包括第一配体化合物、第二配体化合物、第三配体化合物中的至少一种；其中，所述第一配体化合物为二苯基膦，其具有式ii所示结构式：所述第二配体化合物为二苯基甲基膦，其具有式iii所示结构式：所述第三配体化合物为二苯基甲氧基膦，其具有式iv所示结构式：

3.根据权利要求1所述钝化量子点表面的方法，其特征在于，所述配体化合物与量子点溶液的体积比为1：(50～1000)。

4.根据权利要求3所述钝化量子点表面的方法，其特征在于，所述配体化合物与量子点的溶液的体积比为1：(50～200)。

5.根据权利要求1所述钝化量子点表面的方法，其特征在于，所述量子点为iii-v族、iv-vi、iii-vi族、ii-vi族、ii-ii-vi族、iii-iii-v族、i-iii-vi族、iii-v-v族量子点中的至少一种；优选地，所述量子点为硒化镉(cdse)量子点、硫化铅(pbs)量子点、硒化铅(pbse)量子点中的至少一种。

6.根据权利要求1所述钝化量子点表面的方法，其特征在于，所述量子点的溶液中的溶剂为正己烷、甲苯、氯仿、n，n-二甲基甲酰胺的任意一种。

7.根据权利要求1所述钝化量子点表面的方法，其特征在于，所述量子点的溶液的浓度为0.1～10mg/ml。

8.根据权利要求7所述钝化量子点表面的方法，其特征在于，所述量子点的溶液的浓度为3～8mg/ml。

9.一种量子点材料，其特征在于，通过权利要求1～8任一项所述钝化量子点表面的方法进行制备。

10.权利要求1～8任一项所述钝化量子点表面的方法或权利要求9所述量子点材料在制备光电产品中的应用，所述光电产品包括光催化剂、太阳能电池板、显示器、显影剂、照明器件、量子点传感器中的至少一种。

技术总结本申请公开了一种钝化量子点表面的方法及其应用，属于半导体纳米材料技术领域。方法包括在量子点的溶液中加入一种配体化合物，所述配体化合物具有式I所示结构式的至少一种：其中，C<subgt;1</subgt;选自H—、C<subgt;n</subgt;H<subgt;2n+1</subgt;—、C<subgt;n</subgt;H<subgt;2n+1</subgt;O—中的任一种；n为自然数。所述膦类化合物能够实现多种量子点如硒化镉量子点、硫化铅量子点、硒化铅量子点的表面钝化。从实验结果来看，由于量子点表面被有效钝化，表面缺陷位点明显减少，从而光生载流子捕获位点减少，量子点荧光峰明显增强。采用本申请提供的量子点钝化方法获得的量子点材料，可用于制备光电探测器的光敏材料，应用前景广泛。技术研发人员：张建兵,杨扬,张道礼,蓝新正,高亮,唐江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：2024/7/15