一种铈、铒共掺杂ZnS量子点的微波水相制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型荧光量子点材料的制备技术领域，特别涉及一种铈、铒共掺杂ZnS量子点的微波水相制备方法。
【背景技术】
[0002]量子点是一种新型半导体材料，由于量子尺寸效应，量子点具有特殊的物理和化学性质。掺杂量子点是指在主体中引入过渡金属离子或稀土金属离子杂质而形成的纳米材料。通常引入的杂质离子是少量或微量的，一般不改变主体纳米粒子的晶体结构。掺入主体晶格的杂质离子会产生新的电子能级或对主体的电子能级产生微扰，形成新的电子一空穴复合中心，从而使掺杂纳米粒子具有全新的光、电或磁特性。硫化锌量子点具有优良的荧光性能，其本体带隙为3.66 ev，是优良的宽带隙发光材料，为金属离子掺杂提供了能级范围。
[0003]硫化锌量子点的制备方法主要采用有机合成法，该方法反应条件苛刻、试剂昂贵、原料有毒等缺点；采用微波水热法操作简单，反应温度低，反应时间短。在表面修饰剂上采用环境友好的谷胱甘肽修饰量子点的表面，避免使用有毒的巯基乙酸。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种铈、铒共掺杂ZnS量子点的微波水相制备方法。该量子点的粒径为2 nm ~ 5 nm，水溶性良好，有优良的电化学性能和荧光性能。
[0005]本发明采用的技术方案为:
本发明的一种铈、铒共掺杂ZnS量子点，铈离子和锌离子的摩尔比例为0.01:1 ~0.03:1;铒离子和锌离子的摩尔比例为0.01:1 ~ 0.05:1。
[0006]一种铈、铒共掺杂ZnS量子点的制备方法，具体步骤如下:
(1)将一定摩尔比例的Ce (NO3) 3.6H20、Er (NO3) 3.5H20 和 Zn (CH3COO) 2.2H20 溶解于去离子水中，配成溶液，磁力搅拌均匀；
(2)将谷胱甘肽(GSH)、NaOH,Na2S.9H20分别溶解于去离子水中，配成一定浓度的GSH溶液、NaOH溶液、Na2S.9H20溶液；
(3)在氮气保护下，将GSH溶液滴入到步骤(I)溶液中，搅拌均匀；
(4)用NaOH溶液调节步骤(3)溶液的pH值，搅拌均匀；缓慢加入Na2S.9H20溶液，搅拌均匀；
(5)将步骤(4)溶液微波水浴加热到70~90°C，反应10分钟~50分钟，即到铈、铒共掺杂ZnS量子点水溶液；
(6)步骤(5)溶液冷却后，加入等量的无水乙醇，析出白色沉淀，离心分离，用无水乙醇清洗沉淀数次，真空干燥得到镉、镱共掺杂ZnS量子点。
[0007]步骤(I)中，锌离子的摩尔浓度为0.01 ~ 0.05 mol/L，铈离子的摩尔浓度为0.005~ 0.03mol/L，铒离子的摩尔浓度为0.005 ~ 0.02 mol/L。
[0008]步骤(3)中，将高纯氮气通入溶液中半小时，然后在氮气保护下加入GSH溶液。
[0009]步骤(3)中，GSH和锌离子的摩尔比例为1:1 ~ 2:1。
[0010]步骤(4)中，硫离子和锌离子的摩尔比例为1:1 ~ 1.2:1。
[0011]本发明的主要优点是:用微波水相法合成铈、铒共掺杂ZnS量子点，该制备方法所用的原料无毒，工艺简单且绿色环保，反应温度低，反应时间短；所得量子点粒径均匀(2nm ~ 5 nm)，水溶性优良，电化学性能良好，荧光稳定性好，通过改变掺杂离子的比例、反应温度，以及反应时间等参数，荧光发射峰在430 nm ~ 503 nm之间可控调节。
[0012]
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例1中所制备的铈、铒共掺杂ZnS量子点的荧光发射光谱图(PU。
[0014]图2为本发明实施例1中所制备的铈、铒共掺杂ZnS量子点的高分辨电镜图(HRTEM)0
【具体实施方式】
[0015]为了更详细地说明本发明的特点，下面通过具体的实施实例对本发明作进一步的阐述，而不是限制本发明的范围。
[0016]实施例1:
将60 mL摩尔浓度为0.02 mol/L的Zn(CH3COO)2.2H20溶液置于一个三口烧瓶中，力口入2 mL摩尔浓度为0.01 mol/L的Ce (NO3) 3.6H20溶液3 mL摩尔浓度为0.01 mol/L的Er(NO3)3.5Η20溶液，磁力搅拌均匀；通入高纯氮气半小时，将12 mL摩尔浓度为0.1 mol/L的谷胱甘肽(GSH)溶液滴加到上述溶液中，磁力搅拌均匀；
在氮气保护下，用NaOH溶液调节上述溶液pH值为11，继续磁力搅拌均匀；缓慢加入12mL浓度为0.1 mol/L的Na2S.9Η20溶液，继续搅拌半小时；微波水相加热，反应温度80°C，反应时间为25分钟，得到铈、铒共掺杂ZnS量子点水溶液。溶液冷却后，加入等量的无水乙醇，溶液析出白色沉淀，离心分离，用无水乙醇清洗沉淀物3次，真空干燥得到铈、铒共掺杂ZnS量子点。
[0017]实施例2:
将50 mL摩尔浓度为0.01 mol/L的Zn(CH3COO)2.2H20溶液置于一个三口烧瓶中，力口入I mL摩尔浓度为0.01 mol/L的Ce (NO3) 3.6H20溶液，2 mL摩尔浓度为0.01 mol/L的Er(NO3)3.5H20溶液，磁力搅拌均匀；通入高纯氮气半小时，将6 mL摩尔浓度为0.1 mol/L的谷胱甘肽(GSH)溶液滴加到上述溶液中，磁力搅拌均匀；
在氮气保护下，用NaOH溶液调节上述溶液pH值为8，继续磁力搅拌均匀；缓慢加入5mL浓度为0.1 mol/L的Na2S.9H20溶液，继续搅拌半小时；微波水相加热，反应温度90°C，反应时间为10分钟，得到铈、铒共掺杂ZnS量子点水溶液。溶液冷却后，加入等量的无水乙醇，溶液析出白色沉淀，离心分离，用无水乙醇清洗沉淀物3次，真空干燥得到铈、铒共掺杂ZnS量子点。
[0018]实施例3: 将30 mL摩尔浓度为0.03 mol/L的Zn(CH3COO)2.2H20溶液置于一个三口烧瓶中，力口入I mL摩尔浓度为0.02 mol/L的Ce (NO3) 3.6H20溶液，I mL摩尔浓度为0.02 mol/L的Er(NO3)3.5Η20溶液，磁力搅拌均匀；通入高纯氮气半小时，将15 mL摩尔浓度为0.1 mol/L的谷胱甘肽(GSH)溶液滴加到上述溶液中，磁力搅拌均匀；
在氮气保护下，用NaOH溶液调节上述溶液pH值为13，继续磁力搅拌均匀；缓慢加入1mL浓度为0.1 mol/L的Na2S.9Η20溶液，继续搅拌半小时；微波水相加热，反应温度70°C，反应时间为50分钟，得到铈、铒共掺杂ZnS量子点水溶液。溶液冷却后，加入等量的无水乙醇，溶液析出白色沉淀，离心分离，用无水乙醇清洗沉淀物3次，真空干燥得到铈、铒共掺杂ZnS量子点。
[0019]实施例4:
将30 mL摩尔浓度为0.05 mol/L的Zn(CH3COO)2.2H20溶液置于一个三口烧瓶中，力口入I mL摩尔浓度为0.03 mol/L的Ce (NO3) 3.6H20溶液，I mL摩尔浓度为0.02 mol/L的Er(NO3)3.5Η20溶液，磁力搅拌均匀；通入高纯氮气半小时，将18 ml摩尔浓度为0.1 mol/L的谷胱甘肽(GSH)溶液滴加到上述溶液中，磁力搅拌均匀；
在氮气保护下，用NaOH溶液调节上述溶液pH值为10，继续磁力搅拌均匀；缓慢加入15mL浓度为0.1 mol/L的Na2S.9Η20溶液，继续搅拌半小时；微波水相加热，反应温度90°C，反应时间为20分钟，得到铈、铒共掺杂ZnS量子点水溶液。溶液冷却后，加入等量的无水乙醇，溶液析出白色沉淀，离心分离，用无水乙醇清洗沉淀物3次，真空干燥得到铈、铒共掺杂ZnS量子点。
【主权项】
1.一种铺、铒共掺杂ZnS量子点的微波水相制备方法,其特征在于:(1)将一定摩尔比例的Ce (NO3) 3.6H20、Er (NO3) 3.5H20 和 Zn (CH3COO) 2.2H20 溶解于去离子水中，配成溶液，磁力搅拌均匀； (2)将谷胱甘肽(GSH)、NaOH,Na2S.9H20分别溶解于去离子水中，配成一定浓度的GSH溶液、NaOH溶液、Na2S.9H20溶液； (3)在氮气保护下，将GSH溶液滴入到步骤(I)溶液中，搅拌均匀； (4)用NaOH溶液调节步骤(3)溶液的pH值，搅拌均匀；缓慢加入Na2S.9H20溶液，搅拌均匀； (5)将步骤(4)溶液微波水浴加热，即到铈、铒共掺杂ZnS量子点水溶液； (6)步骤(5)溶液冷却后，加入等量的无水乙醇，析出白色沉淀，离心分离，用无水乙醇清洗沉淀数次，真空干燥得到镉、镱共掺杂ZnS量子点。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，铈离子和锌离子的摩尔比例为0.01:1 ~ 0.03:1;铒离子和锌离子的摩尔比例为0.01:1 ~ 0.05:1。
【专利摘要】本发明涉及一种铈、铒共掺杂ZnS量子点的微波水相制备方法。其特征主要在于：以Zn(CH3COO)2·2H2O为锌源，以Ce(NO3)3·6H2O为铈源，以Er(NO3)3·5H2O为铒源，配成三种离子的混合溶液，在氮气保护下，用谷胱甘肽（GSH）作稳定剂，在一定的pH值下，以Na2S·9H2O为硫源，微波加热，得到铈、铒共掺杂ZnS量子点。该微波制备法所用的原料无毒，工艺简单且绿色环保，反应时间不到1小时；所得量子点粒径均匀（2nm~5nm），水溶性优良，电化学性能良好，荧光稳定性好，荧光发射峰在430nm~503nm之间可控调节，可广泛应用于荧光探针、药物筛选，以及重金属离子的检测等方面。
【IPC分类】C09K11-56, C09K11-84
【公开号】CN104531141
【申请号】CN201410771998
【发明人】胡智学, 徐进, 陈玉霞
【申请人】南京化工职业技术学院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月16日