一种强荧光碲化镉量子点的制备方法

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一种强荧光碲化镉量子点的制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明为一种强荧光碲化镉量子点的制备方法，具体为巯基乙酸配位的水溶性碲化镉量子点的制备。\n背景技术\n[0002] 量子点是当材料三维尺寸小到一定临界点，抽象成一个点后，具有量子限域效应，其结构和性质也随之发生从宏观到微观的转变。量子点具有独特的光学性质，具有宽的激发光谱、窄的发射光谱且发射波长可调控、可忽略的光漂白性。它在光电子器件、纳米材料、生物医学成像等领域中都有非常重要的应用前景。目前，水相碲化镉（CdTe）量子点的合成方法主要操作步骤如下：（1）.0.985 g 六水合高氯酸镉溶解到125 mL水中，加入5.7 mmol巯基乙酸（TGA）作为稳定剂。然后，逐滴加入1 mol/L NaOH水溶液，调节溶液pH到\n11.2-11.8。上述溶液置于三颈烧瓶中，通氮气除氧30分钟。第二步：0.2 g (0.46 mmol) Al2Te3与15 mL 0.5 mol/L H2SO4在氮气保护下反应产生H2Te气体，用缓慢的氮气流将H2Te气体通入第一步反应液中，产生CdTe晶核，最后在空气下回流生成CdTe量子点。此方法产生的CdTe量子点的荧光量子产率约10%。（Gaponik, N.; Talapin, D. V.; Rogach, A. L.; Hoppe, K.; Shevchenko, E. V.; Kornowski, A.; Eychmuller, A.; Weller, H. Thiol-Capping of CdTe Nanocrystals: An Alternative to Organometallic Synthetic Routes, J. Phys.Chem. B2002, 106, 7177-7185.）（2）.在氮气保护下，将制得的NaHTe加\n2+ -\n入巯基乙酸稳定pH为9的CdCl2溶液中，[Cd]=0.00125或0.0188 mol/L，Cd /TGA/HTe为\n1：2.4：0.2。40 mL上述CdTe前躯体放入铁氟龙反应釜中，反应釜在160℃或180℃下反应生成CdTe量子点。此方法产生的CdTe量子点的荧光量子产率约30%。(Zhang, H.; Wang, L.; Xiong, H.; Hu, L.; Yang, B.; Li, W. Hydrothermal Synthesis for High-Quality CdTe Nanocrystals, Adv. Mater.2003, 15, 1712-1715)。\n发明内容\n[0003] 为了进一步提高荧光量子产率，在现有的水相碲化镉（CdTe）量子点的合成方法的基础上，本发明提供一种强荧光碲化镉量子点的制备方法。\n[0004] 具体的技术解决方案如下：\n[0005] 一种强荧光碲化镉量子点的制备方法，以巯基乙酸（TGA）为稳定剂，用氨水与1 mol/L氢氧化钠的混合溶液来中和巯基乙酸（TGA）的酸性，调节反应介质的pH值，镉：巯基乙酸：碲（Cd:TGA:Te ）的摩尔比为 1:2.5:0.25或者1:1.3:0.25，在水相介质中，加热回流\n5小时，制备出具有高荧光强度的碲化镉量子点。\n[0006] 制备强荧光碲化镉量子点的具体操作步骤如下：\n[0007] （1）将0.55 g水合氯化镉溶解到125 mL 蒸馏水中，在搅拌下加入0.42 mL或\n0.22 mL巯基乙酸作为稳定剂，镉与巯基乙酸的摩尔比为1：2.5或1：1.3，将混合碱液逐滴加入到上述水溶液中，调节pH值至9或12，通氮气鼓泡除氧30分钟，得到除氧的氯化镉水溶液；\n[0008] （2）将0.11g硼氢化钠、0.08g碲粉和3mL水反应至溶液澄清，然后加入20 mL浓度 0.5 mol/L的稀硫酸，产生碲化氢气体；\n[0009] （3）将碲化氢气体通入除氧的氯化镉水溶液中，形成碲化镉晶核，在空气环境下加热回流5小时形成荧光碲化镉量子点，绿色碲化镉量子点的荧光量子产率分别为26%和\n45%。\n[0010] 所述混合碱液由30%的浓氨水和1 mol/L的氢氧化钠水溶液按体积比1:2配制而成。\n[0011] 本发明以罗丹明6G（根据文献，量子点荧光量子产率的计算一般都是以罗丹明\n6G作参比）作为荧光参比物，其发射波长为绿光550 nm，所以，本发明主要研究绿色量子点的荧光量子产率。本发明用30% 氨水与1 mol/L NaOH水溶液(1:2, v/v)组成的混合碱液代替传统的NaOH水溶液调节pH值，获得了更高质量的量子点。Cd:TGA:Te 比例为 \n1:2.5:0.25时荧光量子产率约26%，荧光光谱半峰宽39 nm（对照实验的分别为9%、47 nm），Cd:TGA:Te 比例为1:1.3:0.25时荧光量子产率约45%，对照实验约32%。\n[0012] 本发明通过改变用于调节巯基乙酸溶液pH的碱液成分，使用氨水与氢氧化钠的混合碱液取代传统的纯氢氧化钠碱液来制备量子点，获得了更高荧光量子产率、更窄半峰宽的高质量碲化镉量子点。当Cd：TGA为1:2.5时，用氢氧化钠碱液制得的量子点，其荧光量子产率约9%，光谱半峰宽为47 nm，但用氨水-氢氧化钠混合碱液制得的量子点，其荧光量子产率约26%，高出了近3倍，荧光光谱半峰宽为39 nm。当Cd：TGA为1:1.3时，用氢氧化钠碱液制得的量子点，其荧光量子产率约32%，而用氨水-氢氧化钠混合碱液制得的量子点，其荧光量子产率高达45%。\n具体实施方式\n[0013] 下面结合实施例，对本发明作进一步地说明。\n[0014] 以下实施例所用原料的来源说明如下：\n[0015] 水合氯化镉、碲粉、巯基乙酸和硼氢化钠从sigma-aldrich公司购买，氢氧化钠、氨水和硫酸为分析纯试剂，水为去离子水。\n[0016] 实施例1\n[0017] 制备强荧光碲化镉量子点的反应方程式如下：\n[0018] 4NaBH4 + 2Te + 7H2O = 2NaHTe + Na2B4O7 + 14H2\n[0019] 2NaHTe + H2SO4 = 2H2Te + Na2SO4\n[0020] H2Te + CdCl2 = CdTe + 2HCl。\n[0021] 强荧光碲化镉量子点的具体制备操作步骤如下：\n[0022] （1）将0.55 g（2.4 mmol）水合氯化镉（CdCl2·2.5H2O）溶解到125 mL 蒸馏水中，在搅拌下加入0.42 mL（6.0 mmol）巯基乙酸作为稳定剂；镉与巯基乙酸的比例为1：2.5时，用混合碱液调节pH值至9，通氮气鼓泡除氧30分钟，得到除氧的氯化镉水溶液；对照试验采用1 mol/L NaOH水溶液调节pH，通氮气鼓泡除氧30分钟；\n[0023] 混合碱液由浓度30% 的氨水和浓度1 mol/L 的NaOH水溶液按1:2的体积比混合组成；