以H₂Te为碲源的II-VI族半导体CdTe量子点的制备方法

专利名称：以H₂Te为碲源的II-VI族半导体CdTe量子点的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种II-VI族半导体CdTe量子点的制备方法，特别是一种以H2Te 气体在水相中制备II-VI族半导体CdTe量子点的方法。
背景技术：
随着材料的制备技术的发展，人们可以将若干半导体材料制成纳米晶粒，若当其 尺度小于或者达到其激子波尔半径时，就称之为该半导体材料的量子点。由于量子点 具有量子尺寸效应，小尺寸效应及表面效应等，使原体材料的物化特性发生改变，如 光，磁，电，力学等方面，而应用较广泛的是其光学特性的神奇变化。Cd (Zn) S， Cd (Zn) Se， Cd (Zn) Te等II-VI族化合物半导体量子点，具有特殊的荧光发射特性， 不同于荧光发光有机染料，其荧光强度高，退色或漂白速度慢，荧光光谱峰窄，灵敏 度高。由于量子点能带分裂成准分子能级，随着尺寸的减小，其光激发的发射峰位蓝 移。故不同尺寸量子点其荧光光谱峰也不同，即意味着在同一激发波长下会有不同的 被激发的荧光光谱，其光谱波长可覆盖一定波长范围，使激发光谱线连续分布。不同半导体量子点，如CdS, CdSe， CdTe等II-VI族化合物，其光激发光谱在可 见光范围内，且波长可连续分布，其可以在同一激发光光源下，同时激发尺寸不同的 同种晶体的量子点，可得到不同的可见光的发射光谱，进行多元系列的荧光检测。量 子点这些优越的性能，可以代替有机染料，在生物染色、免疫测定、原位杂交和多色 成像等研究中发挥巨大作用。当其通过一定的偶联剂嫁接到生物大分子上时，可以成 为一类新颖的、优于有机染料标记物的生物体荧光标记物。目前，制备量子点主要有两种途径， 一种是高温有机相合成，另一种是低温水相 合成。 一般来说，水相方法由于使用水做反应介质，因而生产成本较低，毒性较小， 表面电荷和表面性质高度可调，且易引入不同的官能团，因此成为合成量子点的重要 方法。当前，水相合成I1-VI族化合物中碲化物量子点的方法都是以合成NaHTe或亚 碲酸盐为碲源直接与镉源反应，而这些碲源含有多种成分，对合成量子点的分散程度 以及荧光量子产率有一定的影响。 发明内容本发明目的在于提供一种在水相中以H2Te气体为碲源制备II-VI族半导体CdTe 量子点的方法，以提高II-VI族化合物半导体量子点的荧光量子产率及分散均匀性。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种以H2Te为碲源的II _ VI族半导体CdTe量子点的制备方法，其特征在于该方 法以H2Te气体为碲源，具体步骤如下a. 将可溶性镉盐溶于水，加入稳定剂，镉盐与稳定剂的摩尔比为1: 1 4，调节 pH值为8 11，称之为溶液A;所述的稳定剂为烷烃类巯基羧酸、烷烃类巯基 羧酸盐或烷烃类巯基羧酸酯；可溶性镉盐溶液的浓度为0. 1 1M;b. 在惰性气氛下，将碲粉和硼氢化钠按1: 2 4的摩尔比溶于水中，反应至溶 液颜色由无色变成紫红色，并有白色的硼酸钠沉淀出现，即制成碲氢化钠溶液，称之为溶液B;c. 将溶液B降温至0 °C，逐滴将浓度为0. 05 0. 5 M硫酸溶液加入溶液B中， 硫酸与碲氢化钠立即发生剧烈的反应，将产生的碲化氢气体通入溶液A中， 反应0.5 3小时，至溶液A由无色转变成棕黄色，此溶液即为前躯体溶液；b.将前躯体溶液加热回流0.5 20小时，得到II - W族半导体CdTe量子点。 上述的可溶性镉盐有CdCl2、 Cd (NO) 3、 CdS04或Cd(Ac)2。 上述的垸烃类巯基羧酸有巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、巯基异丁酸。 上述的CdTe量子点粒径为2. 0 6. 5 nm。与现有技术相比，本发明方法通过以H2Te气体为碲源，减少了前驱体溶液的杂 质成分，制备的CdTe量子点粒径根据反应回流时间的不同，分布从2. 0 6. 5 nm， 分散均匀，其荧光量子产率较高。使得低成本，毒性小的CdTe量子点可以直接用于 生物荧光标识等实验。
具体实施方式
实施例1 :1. 将1. 25 mmol CdCl2 2. 5 H20溶于100 ml水中，加入3誦ol巯基乙酸，在 搅拌下用l M NaOH调pH值至约9，将溶液转移至适当的三颈瓶中。2. 将0. 25 mmol碲粉和0. 75 mmol硼氢化钠加入用氮气除氧气一段时间的容器 中，并加入0.2ml水，室温反应30min (时间随室温而变)，溶液有无色变 成紫红色，并有白色的硼酸钠沉淀出现，即制成碲氢化钠溶液，在反应过程 中始终有氮气保护，等反应完全后将容器放入冰浴中。3. 将盛有碲氢化钠溶液的容器放置于冰浴中，待温度降至0 'C时，逐滴将一定 量的0.5 M硫酸溶液加入碲氢化钠溶液中，硫酸与碲氢化钠立即发生剧烈的反应，产生的气体为碲化氢。4. 将(3)中制取的气体在氮气的保护下，伴随氮气直接通入盛有氯化镉和巯基 乙酸混合溶液的容器中，溶液立即有原来的无色转变成棕黄色。此溶液即为 前躯体溶液，前躯体溶液没有荧光。5. 将前驱体溶液迅速加热回流3小时，制得的CdTe量子点的粒径为3. 0 nm。 实施例二1. 将2. 35画l CdCl2 2. 5 H20溶于125 ml水中，加入5. 7 mmol巯基乙酸， 在搅拌下用1 M NaOH调pH值至约9，将溶液转移至适当的三颈瓶中。2. 将1. 38 mmol碲粉和5. 52 mmol硼氢化钠加入用氮气除氧气一段时间的容器 中，并加入2ml水，室温反应90min (时间随室温而变)，溶液有无色变成 紫红色，并有白色的硼酸钠沉淀出现，即制成碲氢化钠溶液，在反应过程中 始终有氮气保护，等反应完全后将容器放入冰浴中。3. 将盛有碲氢化钠溶液的容器放置于冰浴中，待温度降至O 'C时，逐滴将一定 量的0. 05 M硫酸溶液加入碲氢化钠溶液中，硫酸与碲氢化钠立即发生剧烈的 反应，产生的气体为碲化氢。4. 将(3)中制取的气体在氮气的保护下，伴随氮气直接通入盛有氯化镉和巯基 乙酸混合溶液的容器中，溶液立即有原来的无色转变成棕黄色。此溶液即为 前躯体溶液，前躯体溶液没有荧光。5. 将前驱体溶液迅速加热回流3. 5小时，制得的CdTe量子点的粒径为3. 5 ran。 实施例三1. 将1. 25 mraol CdCl2 2. 5H20溶于100 ml水中，加入3 mmol巯基丙酸，在搅 拌下用1 M NaOH调pH值至约9，将溶液转移至适当的三颈瓶中。2. 将0. 25 mmol碲粉和0. 75 mmol硼氢化钠加入用氮气除氧气一段时间的容器 中，并加入lml水，室温反应30min (时间随室温而变)，溶液有无色变成 紫红色，并有白色的硼酸钠沉淀出现，即制成碲氢化钠溶液，在反应过程中 始终有氮气保护，等反应完全后将容器放入冰浴中。3. 将盛有碲氢化钠溶液的容器放置于冰浴中，待温度降至0 'C时，逐滴将一定 量的0.1 M硫酸溶液加入碲氢化钠溶液中，硫酸与碲氢化钠立即发生剧烈的 反应，产生的气体为碲化氢。4. 将(3)中制取的气体在氮气的保护下，伴随氮气直接通入盛有氯化镉和巯基乙酸混合溶液的容器中，溶液立即有原来的无色转变成棕黄色。此溶液即为 前躯体溶液，前躯体溶液没有荧光。 5.将前驱体溶液迅速加热回流4小时，制得的CdTe量子点的粒径为3.7 nm。
权利要求
1.一种以H2Te为碲源的II-VI族半导体CdTe量子点的制备方法，其特征在于该方法以H2Te气体为碲源，具体步骤如下a.将可溶性镉盐溶于水，加入稳定剂，镉盐与稳定剂的摩尔比为1∶1～4，调节pH值为8～11，称之为溶液A；所述的稳定剂为烷烃类巯基羧酸、烷烃类巯基羧酸盐或烷烃类巯基羧酸酯；可溶性镉盐溶液的浓度为0.1～1M；b.在惰性气氛下，将碲粉和硼氢化钠按1∶2～4的摩尔比溶于水中，反应至溶液颜色由无色变成紫红色，并有白色的硼酸钠沉淀出现，即制成碲氢化钠溶液，称之为溶液B；c.将溶液B降温至0℃，逐滴将浓度为0.05～0.5M硫酸溶液加入溶液B中，硫酸与碲氢化钠立即发生剧烈的反应，将产生的碲化氢气体通入溶液A中，反应0.5～3小时，至溶液A由无色转变成棕黄色，此溶液即为前躯体溶液；b.将前躯体溶液加热回流0.5～20小时，得到II-VI族半导体CdTe量子点。
2. 根据权利要求1所述的以H2Te为碲源的II - VI族半导体CdTe量子点的制备方法， 其特征在于所述的可溶性镉盐有CdCl2、 Cd (NO) 3、 CdS(X或Cd(Ac)2。
3. 根据权利要求1所述的以H2Te为碲源的II - VI族半导体CdTe量子点的制备方法， 其特征在于所述的垸烃类巯基羧酸有巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、巯基异 丁酸。
4. 根据权利要求l所述的以H/Te为碲源的I1 -VI族半导体CdTe量子点的制备方法， 其特征在于所制备的CdTe量子点粒径为2. 0 6. 5 nm。
全文摘要
本发明涉及一种以H₂Te气体为碲源的II-VI族半导体CdTe量子点的制备方法。该方法具体包括前躯体溶液的制备、量子点的制备等步骤。本发明以H₂Te气体为碲源，通过通入H₂Te气体，减少了前驱体溶液的杂质成分，所制备的II-VI族半导体CdTe量子点，粒子分布从2.0～6.5nm，分散均匀，荧光产率高。同时，操作简单，成本低，毒性小，可以直接用于生物荧光标识、临床诊断等。
文档编号H01S5/00GK101246941SQ20081003412
公开日2008年8月20日 申请日期2008年2月29日 优先权日2008年2月29日
发明者丁益民, 俞本伟, 宋振伟, 尤陈霞, 张建成, 悦 沈, 陈丽霞, 浩 颜 申请人:上海大学