一种分散性好并具有高荧光强度的二硫化钽纳米晶的制备方法与流程

本发明涉及一种分散性好并具有高荧光强度的二硫化钽纳米晶的制备方法，具体涉及制备的二硫化钽纳米晶不仅分散性良好，且具有高荧光强度，属于物理、化学和材料学的交叉领域。

背景技术：

二硫化钽（tantalumdisulfide，tas2）是一种新型强关联二维半导体材料，呈黑色粉末状，具有与石墨烯、黑磷等材料类似的片状结构，因此也具有特殊的光学、电化学性能。但由于tas2能带的连续性，限制了其在光电子领域的广泛应用。受量子尺寸效应和量子限域效应的启发，将二维的tas2制备成零维的二硫化钽纳米晶，使其连续的能级转化为离散的能级，能够拓宽tas2的带隙，增加电子跃迁的多样性，并且产生较强的荧光特性。使其在物理和化学等方面有着广泛的应用。

对于半导体纳米晶来说,当其几何尺寸与其激子波尔半径相当时，能带将变宽，以至能级分裂，表现出量子尺寸效应，从而导致吸收光谱和荧光光谱蓝移。同时随着材料尺寸的不断减小，比表面积不断增加，表面效应变得显著，将对材料的制备，稳定性及其物理性质产生影响。表面原子的增加和纳米晶内部结构的变化还将影响其荧光特性，因此对其荧光特性的研究有助于了解其晶体结构以及能级结构等特征。由于半导体纳米晶具有量子尺寸效应、表面效应、多激子生成效应、荧光性质等物理效应，使得半导体纳米晶展现出独特的物理和化学性质。

当前纳米材料主要有两种制备方法：自上而下（top-down）和自下而上（bottom-up）。通常来说，自上而下的方法就是将较大尺寸（从微米级到厘米级）的物质通过破碎、刻蚀、研磨等方式来制备纳米量级的颗粒；自下而上主要是通过适当的化学方法将一些简单的、较小的结构单元（如原子、分子等）通过弱的相互作用自组装构成在纳米尺度上相对较大，较复杂的结构体系。细胞破碎法是近些年来应用于制备半导体纳米晶材料的一种方法，主要是利用在反应体系中传播的高能量来减小材料的尺寸。与传统的纳米晶制备方法（如水相沉淀法，化学浴沉积等）相比，它不仅降低了反应所需的外部条件，同时可以减少毒性物质和辅助试剂的使用，大大提高了产物的纯度，因此细胞破碎技术的出现在拓展纳米材料制备的同时，也促进了新材料应用的发展。细胞破碎技术制备纳米晶材料一定程度上解决了传统方法所面临的成本昂贵、工艺繁琐、产率较低等一系列难题，而且可进行工业化生产，为纳米材料的制备及应用研究提供了新的途径。

中国专利号为：201510749248.2，名称为：一种新型纳米碳晶。其特征在于纳米碳晶的制备要经过机械破碎、气流破碎、酸洗、离心分离等步骤制备出碳纳米晶。本发明的技术与上述不同，本发明的特征是：（1）增加了研磨原料的步骤。虽然原料本身就是粉末，按照常规操作无需进行研磨。本发明中研磨的步骤能为原料引入更多的缺陷，有利于纳米晶的形成。（2）通过细胞破碎仪一步制备得到纳米晶产物，工艺简单，所得产物tas2纳米晶颗粒小、尺寸均匀可控（平均3nm）、分散性好（能在水或nmp等溶剂中稳定存在）、荧光产率高、结晶性好，极大地提高了tas2的光电特性。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种操作简单、绿色环保、成本低廉的tas2纳米晶制备技术。该技术所得产物分散性好、具有高荧光强度、且在多种溶剂中可以稳定存在。

本发明提供了一种简便、高效、环保的tas2纳米晶的制备方法，主要包含以下步骤：

（1）称取tas2固体粉末0.5g于玛瑙研钵中充分研磨2小时，研磨的目的是引入更多的缺陷（如线缺陷）以便纳米晶的形成；

（2）向研磨好的样品中加入一定量的n-甲基吡咯烷酮（nmp）溶液中充分混合，然后置于细胞破碎仪中破碎4小时；

（3）将超声后的悬浮液转移到离心机中离心，收集上层清液即为tas2纳米晶溶液。

所述步骤中的tas2固体粉末的质量与nmp溶剂的体积配比符合x:y=0.5g:50ml，其中x表示粉末样品的质量，y表示溶剂的体积。

本发明制备的tas2纳米晶在性能上有所提升：

1.强荧光性：本发明制备的二硫化钽纳米晶荧光量子产率为46%；

2.分散性好：本发明制备的二硫化钽纳米晶的平均粒径为3nm，具有良好的分散性。

本发明对常规粉末原料进行研磨，引入线缺陷使得晶体存在张应力，能使带隙增大，利于纳米晶的形成，并利用细胞破碎仪制备出分散性好并具有高荧光强度的tas2纳米晶，有望在半导体光电器件、生物荧光标记等领域获得潜在的应用前景。

附图说明

图1是tas2纳米晶的xrd图。

图2是tas2纳米晶的tem图。

图3是tas2纳米晶衍射条纹图。

具体实施例

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

实施例1

在室温条件下称取0.5gtas2粉末置于玛瑙研钵中充分研磨2小时，向其中加入50mln-甲基吡咯烷酮（nmp）溶剂，再将混合液置于细胞破碎仪中破碎4小时，然后在6000转/分的离心机中离心25分钟，取上层清液即为tas2纳米晶溶液，避光、密封保存。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种分散性好且具有高荧光强度的二硫化钽纳米晶的制备方法，鉴于纳米晶具有比表面效应、小尺寸效应、界面效应和宏观量子效应等特性，可广泛应用于电子器件、能量存储、催化产氢等领域。近年来，TaS2纳米晶作为一种新型过渡金属硫族化合物纳米材料，当TaS2的特征尺寸在三个维度上都与电子的德布罗意波长或电子平均自由程相比拟或更小时，电子在材料中的运动受到了三维限制，就会形成TaS2纳米晶，在其表面就存在较多的电子陷阱，电子陷阱对半导体的光致发光特性起着关键的作用，因此具有比体材料更强的光电性能而成为一个研究热点，就能显示出了更强的荧光性、良好的分散性等特性，可望应用在场效应晶体管、传感器等方面具有非常重要的价值和发展前景。

技术研发人员：李学铭;唐利斌;周亮亮;潘峰;杨艳波;鲁朝宇;梁晶
受保护的技术使用者：云南师范大学;北京理工大学;昆明北理工产业技术研究院有限公司
技术研发日：2018.02.05
技术公布日：2019.08.13