一种硫化铅量子点的制备方法与流程

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硫化铅量子点的制备方法。

背景技术：

目前，在化石燃料日趋减少、温室效应不断的加剧的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分。太阳能由于清洁无污染、储量丰富。太阳能是清洁无污染的可再生能源，而且储量丰富且不受地域限制，被用于替代即将枯竭的化石能源，且能解决中国面临的低碳经济的冲击。在各类新型太阳电池中，量子点与上转换发光材料相结合在太阳能电池领域以低成本、制作工艺简单、相对较高的光电转换效率而成为研究热点。

量子点(QDs)，又可称为纳米晶，一般由II—VI族或IV－VI族元素组成的纳米颗粒，粒径一般介于1~10 nm之间。当量子点的尺寸小于其有效Bohr半径时，量子限制效应(quantum confinement effect)十分明显，表现出独特的随着本身尺寸大小而该改变的物理化学性能、光电性能和磁学性能。量子点材料的主要应用领域为太阳能电池、生物标记和生物传感器等。例如应用多种尺寸量子点材料可提高整个太阳光谱范围内的效率，减少了透过及短波长范围内的能量损失，这意味着太阳能电池的光电转换效率能够得到大幅度的提高。此外，量子点作为荧光共振能量转移(Fluorescence resonant energy transfer, FRET)的供体或给体，与上转换发光材料相结合在生物医学、传感器、太阳能电池等方面有很大的应用潜力。

作为IV－VI族半导体中的重要化合物，硫化铅由于较小的能带间隙(0.41 eV，300 K)和较大的激子半径(18 nm)，纳米尺度的PbS能带从近红外蓝移到可见光区域，呈现出独特的光学性质和电学性质。传统上采用有机金属路线法合成PbS纳米材料，此方法常使用有毒性原料，并且需要高温和高沸点等反应条件。目前，已有研究者报道采用湿化学方法合成不同形貌的PbS纳米材料，例如纳米棒、纳米片、树状结构等，但采用湿化学方法合成PbS量子点却鲜有报道。Bakueva研究小组首次报道了采用表面活性剂一硫代丙三醇(TGL)和二硫代丙三醇(DTG)的混合物在水溶液中制备出尺寸均匀、直径约为4 nm ± 1 nm的PbS量子点。Deng等采用表面活性剂二氢硫辛酸(DHLA)在室温和水溶液条件下成功合成水溶性的PbS量子点。虽然通过使用表面活性剂一硫代丙三醇(TGL)和二硫代丙三醇或者二氢硫辛酸(DHLA)能在水溶液条件下制备出PbS量子点，但是此类稳定剂价格昂贵，而且有毒性，不适合规模化生产。因此，迫切需要寻找一种价格低廉制备PbS量子点的制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术上的不足，提供一种硫化铅量子点的制备方法。

一种硫化铅量子点的制备方法，包括如下步骤：

a. 按照物质的量准备助剂：十六烷基三甲基溴化铵 20~ 30份、十二烷基硫酸钠20~ 30份、柠檬酸钠 40~ 60份；

b. 将上述混合助剂加入水浴温度为50℃~70℃去离子水中，持续高速搅拌3~5 min使之完全溶解，配置成混合溶液；

c. 加数滴稀硝酸溶液于上述混合溶液中，将pH值调节到3~5，然后向该溶液中加入柠檬酸钠，柠檬酸钠物质的量为乙酸铅的2~4倍，溶液持续高速搅拌1~2 min，直至变为浅黄色溶液；

d. 继续缓慢加入柠檬酸钠，柠檬酸钠物质的量为硫脲的2~4倍，溶液持续高速搅拌3~5 min，溶液颜色由橙黄色慢慢变为棕褐色；

e. 将上述所得混合溶液，室温冷却后，经过离心处理，依次用去离子水、无水乙醇各清洗三次，将得到的硫化铅保存于无水乙醇。

所述的柠檬酸钠的物质的量为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠二者物质的量之和。

所述的乙酸铅溶液和硫脲溶液所含物质的量相等。

所述的制备出的硫化铅量子点的直径尺寸为3~5 nm。

所述的助剂以物质的量计：十六烷基三甲基溴化铵25份、十二烷基硫酸钠25份、柠檬酸钠50份；

所述的乙酸铅溶液和硫脲溶液所含物质的量都为柠檬酸钠物质的量2.5倍。

所述的制备步骤从硫脲溶液加入那一刻时间算起，反应物加入完之后时间控制在3~5分钟。反应时间要严格控制，时间过长，则制备不出量子点。

所述步骤b中将上述混合助剂加入水浴温度为60℃去离子水中。

本发明的有益效果：

反应温度较低，反应条件温和；无需使用高沸点溶剂；制备方法安全无毒，实验重复性好；所得硫化铅量子点具有良好单分散性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是所制备的PbS量子点透射电镜图；

图2是所制备的PbS量子XRD图谱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种硫化铅量子点的制备方法，包括如下步骤：

a. 按照物质的量准备助剂：十六烷基三甲基溴化铵 20~30份、十二烷基硫酸钠20~30份、柠檬酸钠 40~60份；

b. 将上述混合助剂加入温度为50℃~70℃水，持续高速搅拌3~5 min使之完全溶解,配置成混合溶液；

c. 加数滴稀硝酸溶液于上述混合溶液中，将pH值调节到3~5，然后向该溶液中加入柠檬酸钠，柠檬酸钠物质的量为乙酸铅的2~4倍，溶液持续高速搅拌1~2 min，直至变为浅黄色溶液；

d. 继续缓慢加入柠檬酸钠，柠檬酸钠物质的量为硫脲的2~4倍，溶液持续高速搅拌3~5 min，溶液颜色由橙黄色慢慢变为棕褐色；

e. 将上述所得混合溶液，室温冷却后，经过离心处理，依次用去离子水、无水乙醇各清洗三次，将得到的硫化铅保存于无水乙醇。

所述的柠檬酸钠的物质的量为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠二者物质的量之和。

所述乙酸铅溶液和硫脲溶液所含物质的量相等。

制备出的硫化铅量子点的直径尺寸为3~5 nm。

所述助剂以物质的量计：十六烷基三甲基溴化铵25份、十二烷基硫酸钠25份、柠檬酸钠50份；

所述乙酸铅溶液和硫脲溶液所含物质的量都为柠檬酸钠物质的量2.5倍。

所述的制备步骤从硫脲溶液加入那一刻时间算起，反应物加入完之后时间控制在3~5分钟。反应时间要严格控制，时间过长，则制备不出量子点。

所述步骤b中将上述混合助剂加入水浴温度为60℃去离子水中。

实施例1

1）分别称量十六烷基三甲基溴化铵18.2 mg (0.05 mmol)、十二烷基硫酸钠14.4 mg (0.05 mmol)、柠檬酸钠 29.4 mg (0.1 mmol)，加入到50 mL水温为60℃的烧杯中，持续高速搅拌3~5 min使之完全溶解；

2）加数滴稀硝酸溶液于上述混合溶液中，并用pH计调节pH值到4，然后加入5 mL 0.05 mol/L乙酸铅溶液并持续高速搅拌2min，此时溶液变为浅黄色；

3）缓慢加入10 mL 浓度为0.025 mol/L的硫脲溶液并持续高速搅拌4 min，溶液颜色由橙黄色慢慢变为棕褐色。

4）将上述所得混合溶液，室温冷却后，经过离心处理，依次用去离子水、无水乙醇各清洗三次，将得到的硫化铅保存于无水乙醇。

实施例2

1） 分别称量十六烷基三甲基溴化铵36.4mg (0.1 mmol)、十二烷基硫酸钠28.8mg (0.1 mmol)、柠檬酸钠58.8 mg (0.2 mmol)，加入到100 mL水温为70℃的烧杯中，持续高速搅拌3~5 min使之完全溶解；

2）加数滴稀硝酸溶液于上述混合溶液中，并用pH计调节pH值到5，然后加入40ml 0.05 mol/L硫脲溶液并持续高速搅拌2 min；

3）缓慢加入80 mL 浓度为0.025 mol/L的乙酸铅溶液并持续高速搅拌3min，溶液颜色由浅黄色、橙黄色慢慢变为棕褐色，这意味着PbS量子点的生成；

4）将上述所得混合溶液，室温冷却后，经过离心处理，依次用去离子水、无水乙醇各清洗三次，将得到的硫化铅保存于无水乙醇。

实施例3

1） 分别称量十六烷基三甲基溴化铵29.12 mg (0.08 mmol)、十二烷基硫酸钠34.56 mg (0.12 mmol)、柠檬酸钠 58.8 mg (0.2 mmol)，加入到300mL水温为70℃的烧杯中，持续高速搅拌3~5 min使之完全溶解；

2）加数滴稀硝酸溶液于上述混合溶液中，并用pH计调节pH值到5，然后加入80 ml 0.05 mol/L硫脲溶液并持续高速搅拌2 min；

3）缓慢加入160 mL 浓度为0.025 mol/L的乙酸铅溶液并持续高速搅拌3min，溶液颜色由浅黄色、橙黄色慢慢变为棕褐色，这意味着PbS量子点的生成；

4）将上述所得混合溶液，室温冷却后，经过离心处理，依次用去离子水、无水乙醇各清洗三次，将得到的硫化铅保存于无水乙醇。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。