一種鎘、鐿共摻雜硫化鋅量子點(diǎn)的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鎘、鐿共摻雜硫化鋅量子點(diǎn)及其制備方法。其特征在于：以Zn(CH3COO)2·2H2O為鋅源，以CdCl2·2.5H2O為鎘源，以Yb(NO3)3·5H2O為鐿源，在反應(yīng)器中得到三種離子的混合溶液，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，用谷胱甘肽（GSH）作為表面修飾劑，在一定的pH值下，以Na2S·9H2O為硫源，水浴加熱，反應(yīng)得到鎘、鐿共摻雜ZnS量子點(diǎn)。該制備方法工藝簡單，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)時間短；所得量子點(diǎn)粒徑均勻（3~5nm），具有良好的水溶性，熒光性能優(yōu)良，熒光發(fā)射峰位在426nm~522nm之間可調(diào)，可廣泛應(yīng)用于熒光探針、光電轉(zhuǎn)換、光催化和環(huán)境監(jiān)測等方面。
【專利說明】一種鎘、鐿共摻雜硫化鋅量子點(diǎn)的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型熒光納米半導(dǎo)體材料的制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及在水相中谷胱甘肽修飾的鎘、鐿共摻雜硫化鋅量子點(diǎn)的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]量子點(diǎn)(Quantum Dots)是一種新型半導(dǎo)體材料，通常是指在三維空間上半徑小于或接近激子波爾半徑的納米顆粒，由于量子尺寸效應(yīng)，量子點(diǎn)具有特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)。與傳統(tǒng)的熒光染料相比，量子點(diǎn)具有產(chǎn)率高、發(fā)光穩(wěn)定、激發(fā)光譜寬、發(fā)射光譜窄、熒光可調(diào)諧等特性，量子點(diǎn)在太陽能轉(zhuǎn)換、光電器件、離子檢測以及熒光探針等領(lǐng)域有諸多潛在的應(yīng)用。ZnS量子點(diǎn)是I1-VI族重要的一種半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)良的熒光效應(yīng)和光電效應(yīng)，在電學(xué)、光學(xué)和催化等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。ZnS是一種寬帶隙發(fā)光材料，為各種金屬和過渡金屬離子摻雜提供了能級范圍。ZnS量子點(diǎn)摻雜金屬離子后，摻雜離子在量子點(diǎn)內(nèi)部形成的能級為電子和空穴提供了新的復(fù)合中心，導(dǎo)致出現(xiàn)新的熒光發(fā)射，從而調(diào)控?zé)晒獍l(fā)射波長，提高其熒光效率和穩(wěn)定性。
[0003]目前，硫化鋅量子點(diǎn)的制備方法主要采用有機(jī)合成法，該方法反應(yīng)條件苛刻、試劑昂貴、原料有毒等缺點(diǎn)；水相合成法中主要采用巰基乙酸作為包覆劑，缺點(diǎn)是巰基乙酸具有毒性；用環(huán)境友好的谷胱甘肽修飾量子點(diǎn)的表面，缺點(diǎn)是熒光性能一般。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種鎘、鐿共摻雜硫化鋅量子點(diǎn)的水相制備方法。該量子點(diǎn)水溶性好，量子點(diǎn)的粒徑為3?5 nm，熒光性能優(yōu)良。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
本發(fā)明的一種鎘、鐿共摻雜硫化鋅量子點(diǎn)，鎘離子和鋅離子的摩爾比例為0.01:1?
0.1:1;鐿離子和鋅離子的摩爾比例為0.005:1?0.02:1。
[0006]一種鎘、鐿共摻雜硫化鋅量子點(diǎn)的制備方法，具體步驟如下:
(O配置鋅離子溶液，加入適量的鎘、鐿離子，磁力攪拌均勻；
(2)用去離子水配置谷胱甘肽(GSH)溶液、NaOH溶液和Na2S.9H20溶液；
(3)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將表面修飾劑谷胱甘肽(GSH)滴加入到步驟(I)溶液中，磁力攪拌均勻；
(4)用NaOH溶液調(diào)節(jié)步驟(3)溶液的pH值，緩慢加入Na2S.9Η20溶液，磁力攪拌均勻；
(5)將步驟(4)溶液在水浴中反應(yīng)一段時間，得到鎘、鐿共摻雜ZnS量子點(diǎn)水溶液；
(6)步驟(5)溶液冷卻后，加入等量的無水乙醇，析出白色沉淀，離心分離，用無水乙醇清洗沉淀數(shù)次，真空干燥得到鎘、鐿共摻雜ZnS量子點(diǎn)。
[0007]步驟(I)中，配置的離子溶液是以Zn(CH3COO)2.2Η20為鋅源，以CdCl2.2.5Η20為鎘源，以Yb (NO3) 3.5Η20為鐿源。
[0008]步驟(I)中，鋅離子的摩爾濃度為0.005?0.05 mol/L，鎘離子的摩爾濃度為0.005?0.05 mol/L，鐿離子的摩爾濃度為(λ 001?0.01 mol/L。
[0009]步驟(2)中，將高純氮?dú)馔ㄈ肴芤褐邪胄r，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入GSH溶液。
[0010]步驟(2)中，GSH和鋅離子的摩爾比例為0.8:1?2.6:1。
[0011]步驟(3)中，NaOH溶液的摩爾濃度為0.01?0.1 mol/L, Na2S.9H20溶液的濃度為 0.01 ?0.05 mol/L。
[0012]步驟(4)中，pH值為疒13。
[0013]步驟(4)中，硫離子和鋅離子的摩爾比例為0.8:1?1.2:1。
[0014]步驟(5)中，反應(yīng)溫度為50°C?90°C ,反應(yīng)時間為1小時?6小時。
[0015]本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是:用水相法合成鎘離子和鐿離子共摻雜硫化鋅量子點(diǎn)，該制備方法工藝簡單，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)時間短；量子點(diǎn)粒徑均勻(3飛nm)，熒光性能優(yōu)良；通過改變摻雜離子的比例、反應(yīng)溫度，以及反應(yīng)時間等參數(shù)，摻雜量子點(diǎn)的熒光發(fā)射光譜可調(diào)，熒光發(fā)射峰位在426 nm?522 nm ;采用谷胱甘肽(GSH)作為表面修飾劑，該試劑綠色環(huán)保，并使產(chǎn)品具有良好的水溶性和光譜性能，可廣泛應(yīng)用于熒光探針、光電轉(zhuǎn)換、光催化和環(huán)境監(jiān)測等方面。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中所制的鎘、鐿共摻雜硫化鋅量子點(diǎn)的高分辨電鏡圖(HRTEM);
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中所制的鎘、鐿共摻雜硫化鋅量子點(diǎn)的熒光發(fā)射光譜圖(PL); 圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中所制的鎘、鐿共摻雜硫化鋅量子點(diǎn)的熒光發(fā)射光譜圖(PL)。

【具體實(shí)施方式】
[0017]為了更詳細(xì)地說明本發(fā)明的特點(diǎn)，下面通過具體的實(shí)施實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0018]實(shí)施例1:
將50 mL摩爾濃度為0.005 mol/L的Zn (CH3C00) 2.2H20溶液置于一個三口燒瓶中，力口入1 mL摩爾濃度為0.005 mol/L的CdCl2.2.5H20溶液，1 mL摩爾濃度為0.002 mol/L的Yb (Ν03)3.5H20溶液，磁力攪拌均勻；通入高純氮?dú)獍胄r，將3 mL摩爾濃度為0.1 mol/L的谷胱甘肽(GSH)溶液滴加到上述溶液中，磁力攪拌均勻；
在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，用摩爾濃度為0.05 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為10.5，繼續(xù)磁力攪拌均勻；緩慢加入15 mL濃度為0.02 mol/L的Na2S.9H20溶液，繼續(xù)攪拌半小時；將溶液置于80°C水浴中，反應(yīng)時間為3小時，得到鎘、鐿共摻雜ZnS量子點(diǎn)水溶液。溶液冷卻后，加入等量的無水乙醇，溶液析出白色沉淀，離心分離，用無水乙醇清洗沉淀物3次，真空干燥得到鎘、鐿共摻雜ZnS量子點(diǎn)。
[0019]實(shí)施例2:
將30 mL摩爾濃度為0.02 mol/L的Zn(CH3C00)2.2H20溶液置于一個三口燒瓶中，力口入1 mL摩爾濃度為0.05 mol/L的CdCl2.2.5H20溶液，1 mL摩爾濃度為0.003 mol/L的Yb (Ν03)3.5H20溶液，磁力攪拌均勻；通入高純氮?dú)獍胄r，將8 mL摩爾濃度為0.1 mol/L的谷胱甘肽(GSH)溶液滴加到上述溶液中，磁力攪拌均勻； 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，用摩爾濃度為0.05 mo I/L的NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為11，繼續(xù)磁力攪拌均勻；緩慢加入25 mL濃度為0.02 mol/L的Na2S.9H20溶液，繼續(xù)攪拌半小時；將溶液置于60°C水浴中，反應(yīng)時間為5小時，得到鎘、鐿共摻雜ZnS量子點(diǎn)水溶液。溶液冷卻后，力口入等量的無水乙醇，溶液析出白色沉淀，離心分離，用無水乙醇清洗沉淀物3次，真空干燥得到鎘、鐿共摻雜ZnS量子點(diǎn)。
[0020]實(shí)施例3:
將50 mL摩爾濃度為0.01 mol/L的Zn(CH3COO)2.2H20溶液置于一個三口燒瓶中，力口入I mL摩爾濃度為0.01 mol/L的CdCl2.2.5H20溶液，I mL摩爾濃度為0.003 mol/L的Yb(NO3)3.5Η20溶液，磁力攪拌均勻；通入高純氮?dú)獍胄r，將10 mL摩爾濃度為0.1 mol/L的谷胱甘肽(GSH)溶液滴加到上述溶液中，磁力攪拌均勻；
在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，用摩爾濃度為0.08 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為12，繼續(xù)磁力攪拌均勻；緩慢加入25 mL濃度為0.02 mol/L的Na2S.9H20溶液，繼續(xù)攪拌半小時；將溶液置于90°C水浴中，反應(yīng)時間為I小時，得到鎘、鐿共摻雜ZnS量子點(diǎn)水溶液。溶液冷卻后，力口入等量的無水乙醇，溶液析出白色沉淀，離心分離，用無水乙醇清洗沉淀物3次，真空干燥得到鎘、鐿共摻雜ZnS量子點(diǎn)。
[0021]實(shí)施例4:
將20 mL摩爾濃度為0.03 mol/L的Zn(CH3COO)2.2H20溶液置于一個三口燒瓶中，力口入I mL摩爾濃度為0.01 mol/L的CdCl2.2.5H20溶液，I mL摩爾濃度為0.003 mol/L的Yb (NO3)3.5H20溶液，磁力攪拌均勻；通入高純氮?dú)獍胄r，將6 ml摩爾濃度為0.1 mol/L的谷胱甘肽(GSH)溶液滴加到上述溶液中，磁力攪拌均勻；
在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，用摩爾濃度為0.05 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為9，繼續(xù)磁力攪拌均勻；緩慢加入12 mL濃度為0.05 mol/L的Na2S.9H20溶液，繼續(xù)攪拌半小時；將溶液置于70°C水浴中，反應(yīng)時間為3小時，得到鎘、鐿共摻雜ZnS量子點(diǎn)水溶液。溶液冷卻后，加入等量的無水乙醇，溶液析出白色沉淀，離心分離，用無水乙醇清洗沉淀物3次，真空干燥得到鎘、鐿共摻雜ZnS量子點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種鎘、鐿共摻雜硫化鋅量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于: (1)將一定量的醋酸鋅溶解于去離子水中，配成溶液，加入適量的鎘、鐿離子，磁力攪拌均勻； (2)用去離子水配置谷胱甘肽(GSH)溶液、NaOH溶液和Na2S.9H20溶液； (3)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將谷胱甘肽(GSH)溶液滴入到步驟(I)溶液中，磁力攪拌均勻； (4)用NaOH溶液調(diào)節(jié)步驟(3)溶液的pH值，攪拌均勻；緩慢加入Na2S.9H20溶液，攪拌均勻； (5)將步驟(4)溶液水浴加熱到50°C?90°C，反應(yīng)I小時飛小時，得到鎘、鐿共摻雜ZnS量子點(diǎn)水溶液； (6)步驟(5)溶液冷卻后，加入等量的無水乙醇，析出白色沉淀，離心分離，用無水乙醇清洗沉淀數(shù)次，真空干燥得到鎘、鐿共摻雜ZnS量子點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，鋅離子的摩爾濃度為0.005、.05 mol/L，鎘離子和鋅離子的摩爾比例為0.01:1?0.1:1;鐿離子和鋅離子的摩爾比例為0.005:1?0.02:1。
【文檔編號】C09K11/84GK104403670SQ201410604922
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】胡智學(xué), 徐進(jìn), 孫光宇 申請人:南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院