硒化镉多足纳米晶体的制备方法

硒化镉多足纳米晶体的制备方法
【专利摘要】描述了非热注射合成半导体纳米晶体的方法。例如，多足硒化镉纳米晶体可以通过包括以下的方法制备：将经脱气的在非配位溶剂中的包含氧化镉、硒、三辛基膦和羧酸的混合物从室温左右加热到约210℃，其中所述多足硒化镉纳米晶体可以是四足硒化镉纳米晶体。
【专利说明】砸化镉多足纳米晶体的制备方法
【背景技术】
[0001]纳米晶体的支化拓扑结构，尤其是多足(mult1-podal)(包括三足和四足)形状，可以潜在地引起与球形纳米颗粒不同的多种有意义的机械、光学/电学以及化学特性，并因此可用于增强聚合物、组装材料以及制造光伏器件。然而，通常采用的用于合成支化纳米晶体的热注射方法(其中将前体溶液快速地引入到加热的有机溶剂中)难以按比例放大用于大量合成纳米晶体。
[0002]发明概沭
[0003]本公开不限于所描述的特定体系、装置和方法，因为这些可以发生变化。本说明书中所用的术语仅用于描述特定形式或实施方式的目的，并且不意欲对本发明的范围进行限定。尽管以“包含”各种不同组分或步骤(解释为“包括，但不限于”的含义)的方式描述了各种不同的组合物和方法，但是所述组合物和方法也可以“基本由”所述各种不同组分和步骤“组成”或“由”所述各种不同组分和步骤“组成”，并且后者应解释为限定了基本上封闭式的成员组。
[0004]多种方法描述了其中包含制备多足半导体纳米晶体的新颖且简单方法。在一些实施方式中，描述了制备核壳多足半导体纳米晶体的方法。本文中所描述的非热注射方法可以允许容易地按比例放大用于多足半导体纳米晶体和核壳多足半导体纳米晶体的工业规模生产。
[0005]在一种实施方式中 ，制备半导体纳米晶体的方法可以包括将经脱气的在非配位溶剂中的包含第一金属化合物、第二金属化合物、配体和羧酸的混合物从室温左右加热到约210°C，其中所述半导体纳米晶体可以是多足半导体纳米晶体并且可以是核壳半导体纳米晶体。
[0006]在一种实施方式中，制备多足硒化镉纳米晶体的方法可以包括将经脱气的在非配位溶剂中的包含氧化镉、硒、三辛基膦和羧酸的混合物从室温左右加热到约210°C，其中所述多足硒化镉纳米晶体可以是四足硒化镉纳米晶体。
[0007]在一种实施方式中，制备核壳多足纳米晶体的方法可以包括将经脱气的在第一非配位溶剂中的包含氧化镉、硒、三辛基膦和羧酸的第一混合物从室温左右加热到约210°C，之后加入在第二非配位溶剂中的包含二甲基二硫代氨基甲酸锌和第一胺的第二混合物、在第三非配位溶剂中的包含乙酸锌和第二胺的第三混合物、以及部分第三胺，并且进一步在约200°C下加热。
[0008]在一种实施方式中，制备硫化镉纳米晶体的方法可以包括将经脱气的在石蜡中的包含氧化镉、硫、三辛基膦和油酸的混合物从室温左右加热到约210°C。
[0009]在一种实施方式中，制备碲化镉纳米晶体的方法可包括将经脱气的在石蜡中的包含氧化镉、碲、三辛基膦和油酸的混合物从室温左右加热到约210°C。
[0010]在一种实施方式中，制备半导体纳米晶体的试剂盒可以包含第一金属化合物、第二金属化合物、配体、羧酸以及第一非配位溶剂；并且可进一步包含二甲基二硫代氨基甲酸锌、第一胺、第二非配位溶剂、乙酸锌、第二胺、第三非配位溶剂以及第三胺。【专利附图】

【附图说明】
[0011]图1示意了根据实施方式的用于制备多足半导体纳米晶体的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0012]本文描述了非热注射的、克规模级合成硒化镉多足纳米晶体的方法，所述方法产率高并且其中采用氧化镉和硒粉末直接作为石蜡介质中的反应物。反应物可以为市售可得的，并且可以不需要提前制备前体储备溶液。本文中所描述的方法可以是低成本的、可再现的并且可规模化的。在硒化镉多足纳米晶体的周围沉积硫化锌可以制备多足硒化镉/硫化锌纳米晶体，其可以具有最高达85%的光致发光量子产率。所述非热注射法可用于大规模制备具有多足或其它形态的其它半导体纳米晶体中。
[0013]在一些实施方式中，硒化镉多足纳米晶体可以通过将在石蜡溶剂中的包含氧化镉、硒粉末、以 及少量的油酸和三辛基膦(TOP)的混合物从室温左右加热到约160°C至约250°C的温度而制备。所述反应的进展可以归因于在高温下原位形成油酸镉和TOP-硒化物。在一些实施方式中，可以将氧化镉和硒粉末在室温下加入到包含三辛基膦、油酸和石蜡的混合物中。在这些实施方式中，氧化镉和硒化物在约160°C下可以逐渐溶解，最初混浊的混合物可以变为透明的淡红色。在一些实施方式中，可将所述混合物加热至约210°C，并且硒化镉多足纳米晶体的生长/退火可以在约10分钟内基本结束。在一些实施方式中，可使用紫外可见吸收光谱和光致发光发射光谱来监视硒化镉纳米晶体在其生长/退火时的瞬时发展。在一些实施方式中，紫外光谱中的尖锐的第一激子吸收峰和光致发光发射光谱中的窄且对称性发射峰可以表明颗粒尺寸和形状是差不多单分散的。在其中硒化镉多足纳米晶体的生长/退火时间为约30分钟且在约I分钟至约30分钟取样的一些实施方式中，光致发光发射峰位置可以从约573nm移到约607nm并且半峰全宽(FWHM)在约24nm至约27nm的范围内。所制备的硒化镉多足纳米晶体的光致发光量子产率可以小于约3%。
[0014]在一些实施方式中，可以制备克规模量的硒化镉多足纳米晶体而无需制备后的尺寸分选(post preparative size sorting)。在一些实施方式中，硒化镉多足纳米晶体可以占所制备的纳米晶体的约90%至约100%，并且所述产物可以基本不含球形颗粒。在一些实施方式中，硒化镉多足纳米晶体臂的长径比(长度/宽度)在不同生长时间可以维持基本恒定。例如，硒化镉多足纳米晶体在生长时间为约2分钟的情况下平均臂长度可以是约6.7nm，臂宽度为约2.1nm ;在生长时间为约30分钟的情况下所述平均臂长度可以是约12.2nm,所述臂宽度为约3.4nm。
[0015]在一些实施方式中，硒化镉多足纳米晶体的光致发光发射效率可以通过在所述硒化镉核的周围沉积更高带隙的材料如硫化锌而改善。在一些实施方式中，硫化锌层可与所述硒化镉核形成I型异质结，其中所述壳材料的导带高于核材料的导带而所述壳材料的价带低于所述核材料的价带；因此可以将激子限制于所述硒化镉核区域中并且可以提高所述硒化镉处的空间直接辐射复合。在这些实施方式中，吸收光谱中的第一激子吸收峰和光致发光发射光谱中的光致发光发射峰可以发生红移，并且与多足纳米晶体相比，核壳多足纳米晶体的光致发光发射效率可以得以提高。例如，在所述硒化镉核的周围形成硫化锌壳可以引起光致发光发射波长从最初的585nm移到630nm，并且光致发光量子产率可以是约85%，并且在室内光线下可以观察到发光。
[0016]在一些实施方式中，硒化镉粗反应溶液中分子前体(例如二甲基二硫代氨基甲酸锌)的热分解可以提供核壳多足纳米晶体，其中所述核壳多足纳米晶体可以包含硒化镉核和硫化锌壳。在其它一些实施方式中，所述核壳多足纳米晶体可以包含硒化镉核以及含硫化镉和硫化锌的壳。在一些实施方式中，可以加入与二甲基二硫代氨基甲酸锌等摩尔量的硬脂酸锌以补偿二甲基二硫代氨基甲酸锌中锌前体的丢失量，其中二甲基二硫代氨基甲酸锌中的锌/硫比为1: 4。在一些实施方式中，由于在硒化镉纳米晶体的合成中使用过量的镉前体和包含在二甲基二硫代氨基甲酸锌中的硫，所述核壳多足纳米晶体的壳可以包含硫化镉。与硫化锌的带隙(Eg = 3.67eV)相比,硫化镉的带隙(Eg = 2.45eV)较窄,这可引起沉积硫化镉壳比沉积硫化锌壳的吸收峰和光致发光峰的更大的红移。在其它实施方式中，硫化镉壳可以通过硒化镉粗反应溶液中分子前体(例如二甲基二硫代氨基甲酸镉)的热分解而沉积，随后沉积硫化锌壳。在这些实施方式中，所述光致发光发射波长可以进一步红移至约664nm。在这些实施方式中，使用较大的纳米晶体核材料可以导致核壳纳米结构的发射波长更长。在一些实施方式中，当在硒化镉多足纳米晶体上沉积包含硫化锌和/或硫化镉的壳时可以保留原始 的多足形态。
[0017]在一些实施方式中，包括但不限于生长温度、表面活性剂特性和量、镉与硒比率以及反应物特性的参数可以变化。在一些实施方式中，较高的生长温度(例如约230°C至约2500C )可以导致形成具有较大尺寸的臂直径的多足。较高的温度可以提供较高浓度的溶解单体，这可以促进棒的径向生长。在一些实施方式中，油酸可以用硬脂酸或十二烷酸代替。采用十二烷酸的实施方式，可以制备比其他两种酸更长的臂长度和更大的长径比的多足纳米晶体。在一些实施方式中，降低三辛基膦的比率可以提供更短臂长的多足。在一些实施方式中，石蜡溶剂用另一非配位溶剂(例如1-十八碳烯)代替可以导致所制备的纳米晶体基本上没有变化。在一些实施方式中，可以使用1.5: 1、1:1和1: 1.5的镉与硒比率来制备纳米晶体。在这些实施方式中，摩尔过量的镉可以有利于形成较长臂的多足。在一些实施方式中，氧化镉可以被油酸镉代替，并且/或者硒可被TOP-硒代替。在这些实施方式中，所制备的多足形态可以保存下来。在其它实施方式中，本文中所描述的非热注射方法可以用于其它第I1-VI族半导体纳米晶体的制备中。在一些实施方式中，可制备硫化镉和締化铺纳米晶体。
[0018]在一些实施方式中，羧酸可以包括但不限于蚁酸、醋酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、草酸、苯甲酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸、二十烷酸、肉豆蘧烯酸、棕榈油酸、十六碳烯酸、油酸、反油酸、异油酸、亚油酸、反亚油酸(linoelaidic acid)、α-亚麻酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸、芥酸、二十二碳六烯酸或其组合。在一些实施方式中，所述羧酸可以包含油酸。
[0019]在一些实施方式中，非配位溶剂可以具有约250°C以上的沸点。在一些实施方式中，非配位溶剂可以包含但不限于石蜡、十八碳烯、柴油或其组合。
[0020]在一些实施方式中，极性溶剂可以包含但不限于二氯甲烷(DCM)、四氢呋喃(THF)、乙酸乙酯、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈(MeCN)、二甲亚砜(DMSO)、蚁酸、正丁醇、异丙醇(IPA)、正丙醇、乙醇、甲醇、乙酸、水或其组合。
[0021]在一些实施方式中，非极性溶剂可以包含但不限于戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、苯、甲苯、1，4_ 二氧六环、氯仿或乙醚。
[0022]在一些实施方式中，胺可以包括脂族胺，其包含但不限于8碳至18碳的烃链。
[0023]在一种实施方式中，制备半导体纳米晶体的方法可包括将在非配位溶剂中的包含第一无机化合物、第二无机化合物、配体和羧酸的混合物在约20°C至约120°C的温度下进行脱气，以及将所述经脱气的混合物从脱气温度加热到约160°C至约300°C的温度。所述第一无机化合物可以包含第II周期至第VI周期的元素，并且所述第二无机化合物可包含第IV周期至第VI周期的元素。在一些实施方式中，所述配体可以是三辛基膦。在一些实施方式中，所述半导体纳米晶体可以包含氧化锌、硫化锌、碲化锌、硒化锌、硫化镉、硒化镉、碲化镉、硫化铅或硒化铅。在一些实施方式中，所述第一金属化合物可以包含氧化镉、氧化锌或氧化铅。在一些实施方式中，所述第二金属化合物可以包含硫、硒或碲。在一些实施方式中，可以将所述混合物在约23°C下进行脱气。在一些实施方式中，可以将所述混合物加热到约190°C至约250°C的温度。在其它实施方式中，可以将所述混合物加热到约210°C。在一些实施方式中，所述半导体纳米晶体可以包含多足半导体纳米晶体。在其它实施方式中，所述半导体纳米晶体可 以包含四足半导体纳米晶体。在其他实施方式中，可以在所述半导体纳米晶体的周围沉积壳以制备核壳半导体纳米晶体；其中所述壳与所述核可以形成I型异质结。在一些实施方式中，所述壳可以包含硫化锌和/或硫化镉。在一些实施方式中，所述半导体纳米晶体的光致发光量子产率可以大于约80%。在一些实施方式中，半导体纳米晶体可以通过本文中所描述的离心步骤进行纯化。
[0024]在一个实施方式中，并且如图1所示，制备多足硒化镉纳米晶体的方法可包括将在非配位溶剂中的包含氧化镉、硒、三辛基膦和羧酸的混合物在约20°C至约120°C的温度下进行脱气105，以及将经脱气的混合物从脱气温度加热110到约160°C至约300°C的温度。在一些实施方式中，可以将所述混合物在约20°C至约60°C下进行脱气。在其它实施方式中，可以将所述混合物在约23 °C下进行脱气。在一些实施方式中，可将所述混合物加热到约190°C至约250°C的温度。在其它实施方式中，可以将所述混合物加热到约210°C。在一些实施方式中，可以将所述混合物以每分钟约4°C至约30°C的速率进行加热。在一些实施方式中，可以将所述混合物以每分钟约20°C的速率进行加热。在一些实施方式中，可将所述混合物的温度维持在约190°C至约300°C下约I分钟至约120分钟。在一些实施方式中，可以将所述混合物的温度维持在约190°C至约300°C下约2分钟至约30分钟。在其它实施方式中，可以将所述混合物的温度维持在约190°C至约300°C下约2分钟至约10分钟。在一些实施方式中，所述多足硒化镉纳米晶体可以包含四足硒化镉纳米晶体。在一些实施方式中，多足硒化镉纳米晶体可以通过本文中所描述的离心步骤进行纯化。
[0025]在一些实施方式中，可以将经加热的用于制备纳米晶体的混合物进行冷却115，并且可以向经冷却的混合物中加入120极性溶剂，从而提供包含经沉淀的纳米晶体的液体。在这些实施方式中，可以将所述混合物冷却至约20°C至约100°C的温度。在一些实施方式中，可将所述混合物冷却至约80°C的温度。在另外的实施方式中，可以对所述包含经沉淀的纳米晶体的液体进行离心125以产生上清液中的包含经沉淀的纳米晶体的粒料。在这些实施方式中，可倾析所述上清液以分离出所述包含经沉淀的纳米晶体的粒料，并且可以加Λ 130非极性溶剂以制备纳米晶体在所述非极性溶剂中的分散体。在一些实施方式中，可以对所述纳米晶体的分散体进行离心以在非极性溶剂中提供包含经纯化的纳米晶体的粒料。在这些实施方式中，可以倾析所述非极性溶剂以分离出所述包含经纯化的纳米晶体的粒料，并且可以加入第二非极性溶剂以制备所述经纯化的纳米晶体在所述第二非极性溶剂中的分散体。在一些实施方式中，可以重复对所述分散体进行离心、倾析所述溶剂以及加入另一溶剂的步骤至少一次，以制备经合适纯化的纳米晶体在所述另一溶剂中的分散体。在一些实施方式中，可以将纳米晶体在环境条件下通过流动气体或在真空下进行干燥。
[0026]在一种实施方式中，制备核壳多足纳米晶体的方法可以包括将在第一非配位溶剂中的包含氧化镉、硒、三辛基膦和羧酸的第一混合物在约20°C至约120°C的温度下进行脱气；加热所述经脱气的第一混合物以将所述混合物的温度从脱气温度提高到约160°C至约300°C的温度；将所述第一混合物冷却至约120°C至约160°C的温度；向所述经冷却的第一混合物中加入处于约20°C至约100°C的温度下的在第二非配位溶剂中的包含二甲基二硫代氨基甲酸锌和第一胺的第二混合物、处于约100°C至约160°C的温度下的在第三非配位溶剂中的包含乙酸锌和第二胺的第三混合物、以及部分第三胺，从而制备第四混合物；将所述第四混合物的温度维持在约120°C至约160°C的温度下约30分钟；将所述第四混合物加热至约140°C至约200°C的温度；以及将所述第四混合物的温度维持在约140°C至约200°C的温度下约20分钟。在一些实施方式中，可以将所述第一混合物在约20°C至约60°C下进行脱气。在其它实施方式中，可以将所述第一混合物在约23°C下进行脱气。在一些实施方式中，可以将所述第一混合物加热到约190°C至约250°C的温度。在其它实施方式中，可以将所述第一混合物加热到约210°C。在一些实施方式中，可以将所述第一混合物以每分钟约4°C至约30°C的速率进行加热。在一些实施方式中，可以将所述第一混合物以每分钟约20°C的速率进行加热。在一些实施方式中，可以将所述第一混合物的温度维持在约190°C至约300°C下约I分钟至约1 20分钟。在一些实施方式中，可以将所述第一混合物的温度维持在约190°C至约300°C下约2分钟至约30分钟。在其它实施方式中，可以将所述第一混合物的温度维持在约190°C至约300°C下约2分钟至约10分钟。其它实施方式可以包括将所述第四混合物冷却至约120°C至约160°C的温度；向所述经冷却的第四混合物中加入处于约20°C至约100°C的温度下的在第四非配位溶剂中的包含二甲基二硫代氨基甲酸锌和第四胺的第五混合物、处于约100°C至约160°C的温度下的在第五非配位溶剂中的包含乙酸锌和第五胺的第六混合物、以及部分第六胺，以制备第七混合物；将所述第七混合物的温度维持在约120°C至约160°C的温度下约30分钟；将所述第七混合物加热至约140°C至约200°C的温度；以及将所述第七混合物的温度维持在约140°C至约200°C的温度下约20分钟。在一些实施方式中，所述核壳多足纳米晶体可通过本文中所描述的离心步骤进行纯化。在一些实施方式中，所述核壳多足纳米晶体可包含含硫化锌的壳和含硒化镉的核。在其它实施方式中，所述核壳多足纳米晶体可以包含含硫化锌和硫化镉的壳以及含硒化镉的核。在一些实施方式中，所述核壳多足纳米晶体的光致发光量子产率可大于约80%。在一些实施方式中，所述核壳多足纳米晶体可以包含核壳四足纳米晶体。
[0027]在一种实施方式中，制备硫化镉纳米晶体的方法可以包括将在石蜡中的包含氧化镉、硫、三辛基膦和油酸的混合物在约20°C至约120°C的温度下进行脱气，以及将所述经脱气的混合物从脱气温度加热到约160°C至约300°C的温度。[0028]在一种实施方式中，制备碲化镉纳米晶体的方法可以包括将在石蜡中的包含氧化镉、碲、三辛基膦和油酸的混合物在约20°C至约120°C的温度下进行脱气，以及将所述经脱气的混合物从脱气温度加热到约160°C至约300°C的温度。
[0029]在一种实施方式中，制备半导体纳米晶体的试剂盒可以包含第一金属化合物、第二金属化合物、配体、羧酸以及第一非配位溶剂。所述第一金属化合物可以包含第II周期至第VI周期的元素，并且所述第二金属化合物可以包含第IV周期至第VI周期的元素。在一些实施方式中，所述配体可以包含三辛基膦。在一些实施方式中，所述半导体纳米晶体可以包含氧化锌、硫化锌、碲化锌、硒化锌、硫化镉、硒化镉、碲化镉、硫化铅或硒化铅。在一些实施方式中，所述第一金属化合物可以包含氧化镉。在一些实施方式中，所述第二金属化合物可以包含硫、硒和碲。在一些实施方式中，所述半导体纳米晶体可以包含多足半导体纳米晶体。在其他实施方式中，所述半导体纳米晶体可以包含四足半导体纳米晶体。在另外的实施方式中，所述试剂盒还可以包含二甲基二硫代氨基甲酸锌、第一胺、第二非配位溶剂、乙酸锌、第二胺、第三非配位溶剂以及第三胺。在一些实施方式中，所述半导体纳米晶体可以包含核壳半导体纳米晶体。在其它实施方式中，所述壳可以与所述核形成I型异质结。在另外的实施方式中，所述壳可以包含硫化锌。在一些实施方式中，所述壳可以包含硫化锌和硫化镉。在一些实施方式中，所述半导体纳米晶体的光致发光量子产率可以大于约80%。在其他实施方式中，所述试剂盒可以包含用于由所述试剂盒的内容物制备半导体纳米晶体的使用说明书。
[0030]实施例
[0031]实施例1:合成多足硒化镉纳米晶体。
[0032]将氧化镉(1.15g, 9mmol)和硒(100 目，0.47g, 6mmol)与 10.0mL 三辛基膦、15.0mL油酸和150mL石蜡在500mL三颈烧瓶中混合。然后将该混合物在室温下脱气5分钟。在此之后，将所述溶液在N2气流下以20°C /分钟的加热速率加热到210°C。于反应期间，用注射器在不同时间取等分试样以通过记录紫外可见吸收光谱和光致发光发射光谱来监测硒化镉纳米晶体的生长。之后，将反应溶液冷却至约80°C并用丙酮进行沉淀。将所形成的絮凝沉淀物进行离心，同时倾析上清液体，并将分离出的固体分散于甲苯或氯仿中。然后重复上述离心和分离步骤数次以纯化所制备的硒化镉纳米晶体。最后，将产物再分散于甲苯或氯仿中或者在真空下干燥以用于进一步分析。产物产率基于硒计为90% (1.0lg硒化镉纳米晶体)。
[0033]实施例2:在砸化铺多足纳米晶体的周围沉积硫化锋壳。
[0034]与实施例1类似地,用含0.2mL TOP和0.3mL油酸的4.0mL石蜡中的0.15mmol氧化镉、0.1mmol硒粉末来合成硒化镉核纳米晶体。在210°C生长硒化镉纳米晶体2分钟之后，将反应温度降低至140°C，并将0.3mL的0.1M二甲基二硫代氨基甲酸锌(ZDC)储备溶液(通过在室温下将二甲基二硫代氨基甲酸锌溶解于1:1油胺/石蜡而制备的)和0.3mL的0.4M乙酸锌溶液(通过在120°C下将8mmol乙酸锌溶解于6.0mL油胺和14mL石蜡而获得的)加入到反应体系中，随后加入0.5mL油胺。将反应温度再在140°C下保持另外30分钟。在此之后，将反应温度提高至200°C并保持20分钟。当所述光谱不再表现出变化时，采用等量的前体按照相同加热步骤来实施硫化锌壳的第二沉积循环。在完成壳沉积后，所获得的核壳纳米晶体的纯化与实施例1中普通的硒化镉核纳米晶体的纯化类似。[0035]在本公开中，参照附图，所述附图构成本公开的一部分。在详细说明中描述的示意性实施方式、附图和权利要求书不意欲为限制性的。在不背离本文中所述主题的精神或范围的情况下，可以使用其它实施方式并可以进行其它变化。容易理解的是，本文一般性地描述和在附图中说明的本公开的方面可以以各种各样的不同配置进行排列、取代、组合、分离和设计，所有的这些均被明确地构思在本文中。
[0036]本公开不限于本申请中所描述的特定实施方式，所述特定实施方式意欲为各种方面的示例说明。可在不背离其精神和范围的情况下可以进行多种改进和改变，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。除了本文中所列举的那些之外，本公开范围内的功能性等效方法和装置对于本领域技术人员而言由以上说明书中也是显而易见的。所述改进和改变旨在落入所附权利要求的范围之内。本公开仅由所附权利要求及所述权利要求所赋予的等效方案的整个范围方面来限定。应当理解，本公开不限于特定方法、试剂、化合物、组合物或生物体系，这些当然都可以改变。还应理解，本文中所使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而不意欲是限制性的。
[0037]对于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域普通技术人员可以从复数形式转化为单数形式，和/或从单数形式转化为复数形式，这对于所述范畴和/或应用是合适的。为清楚起见，本文可以明确声明各种单数形式/复数形式互换。
[0038]本领域技术人员应当理解，一般而言，本文使用的术语——特别是所附权利要求中(例如，在所附权利要求的主体部分中)使用的术语一一般地应理解为“开放式”术语(例如，术语“包含”应解释为“包含但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”等，术语“包括”应解释为“包括但不 限于”等)。本领域技术人员还应理解，如果意在所引入的权利要求中记载项具体的数目，则这种意图将在该权利要求中明确记载；而在没有这种记载的情况下，则不存在这种意图。例如，为帮助理解，下面所附权利要求可以包含使用引导短语“至少一个”和“一个或多个”来引入权利要求记载项。然而，这种短语的使用不应被解释为暗示着由不定冠词“一”或“一个”引入的权利要求记载项将包含所述引入的权利要求项的任意特定权利要求限制为仅包含一个所述记载项的实施方式，即使同样的权利要求既包括引导短语“一个或多个”或“至少一个”又包括不定冠词如“一”或“一个”(例如，“一”和/或“一个”应当被解释为意指“至少一个”或“一个或多个”、);用来引入权利要求记载项的定冠词的使用同样如此。另外，即使明确记载了所引入权利要求记载项的具体数目，本领域技术人员将认识到，这种记载应解释为意指至少所记载的数目(例如，不存在其它修饰语的“两个记载项”的单纯记载是指至少两个记载项，或者两个或更多记载项、)。此外，在其中使用类似于“A、B和C等中至少一个”的惯例的那些情况下，一般来说旨在以本领域技术人员会理解的惯例来进行解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的体系”将包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B —起、具有A和C 一起、具有B和C 一起、和/或具有A、B和C 一起的体系等)。本领域技术人员还应理解，几乎任何给出两个或更多个替代项的转折词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应被理解为构思了包括所述项之一、所述项的任一个、或所述项全部的可能性。例如，短语“A或B”应当被理解为包括“A”或“B”、或“A和B”的可能性。
[0039]另外，在以马库什群组描述本公开的特征或方面的情况下，本领域技术人员应认识到本公开由此也是以该马库什群组中的任何单独成员或子群组来描述的。[0040]本领域技术人员应当理解，出于任何和所有目的，例如为了提供书面说明，本文中公开的所有范围也涵盖其任何和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何列出的范围可以被容易地看作充分描述且能够将该范围至少进行至少二等分、三等分、四等分、五等分、十等分等。作为非限制性实例，本文中所论述的每一范围均可以容易地分成下三分之一、中三分之一和上三分之一等。本领域技术人员还应当理解，所有诸如“最高达”、“至少”之类的语言包括所记载的数字，并且指可以随后如上所述被分成子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，范围包括每个单独的成员。因此，例如具有I~3个取代基的基团是指具有1、2或3个取代基的基团。类似地，具有I~5个取代基的基团是指具有1、2、3、4或5个取代基的基团等等 。
【权利要求】
1.制备半导体纳米晶体的方法，所述方法包括: 将非配位溶剂中的包含第一无机化合物、第二无机化合物、配体和羧酸的混合物在约20°C至约120°C的温度下进行脱气， 其中所述第一无机化合物包含第II周期至第VI周期的元素并且所述第二无机化合物包含第IV周期至第VI周期的元素；以及 加热所述混合物以将所述混合物的温度从脱气温度提高到约160°C至约300°C的温度以制备半导体纳米晶体。
2.权利要求1的方法，其中所述配体包括三辛基膦。
3.权利要求1或2的方法，其中所述羧酸包括蚁酸、醋酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、草酸、苯甲酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸、二十烷酸、肉豆蘧烯酸、棕榈油酸、十六碳烯酸、油酸、反油酸、异油酸、亚油酸、反亚油酸、α -亚麻酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸、芥酸或二十二碳六烯酸。
4.权利要求1至3中任一项的方法，其中所述羧酸包含油酸。
5.权利要求1至4中任一项的方法，其中所述非配位溶剂具有约250°C以上的沸点。
6.权利要求1至5中任一项的方法，其中所述非配位溶剂包含石蜡或十八碳烯。
7.权利要求1至6中任一项的方法，其中所述半导体纳米晶体包含氧化锌、硫化锌、碲化锌、硒化锌、硫化镉、硒化镉、碲化镉、硫化铅或硒化铅。
8.权利要求1至7中任一项的方法，其中所述第一金属化合物包含氧化镉、氧化锌或氧化铅。
9.权利要求1至8中任一项的方法，其中所述第二金属化合物包含硫、硒或碲。
10.权利要求1至9中任一项的方法，其中所述半导体纳米晶体包含多足半导体纳米晶体。
11.权利要求1至10中任一项的方法，其中所述半导体纳米晶体包含四足半导体纳米晶体。
12.权利要求1至11中任一项的方法，还包括在所述半导体纳米晶体的周围沉积壳以制备核壳半导体纳米晶体。
13.权利要求12的方法，其中所述壳与所述核形成I型异质结。
14.权利要求12或权利要求13的方法，其中所述壳包含硫化锌。
15.权利要求12至14中任一项的方法，其中所述壳包含硫化锌和硫化镉。
16.权利要求12至15中任一项的方法，其中所述半导体纳米晶体的光致发光量子产率大于约80%。
17.制备多足硒化镉纳米晶体的方法，所述方法包括: 将在非配位溶剂中的包含氧化镉、硒、三辛基膦和羧酸的混合物在约20°C至约120°C的温度下进行脱气；以及 加热所述混合物以将所述混合物的温度从脱气温度提高到约160°C至约300°C的温度以制备多足硒化镉纳米晶体。
18.权利要求17的方法，其中所述羧酸包括蚁酸、醋酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、草酸、苯甲酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸、二十烷酸、肉豆蘧烯酸、棕榈油酸、十六碳烯酸、油酸、反油酸、异油酸、亚油酸、反亚油酸、α -亚麻酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸、芥酸或二十二碳六烯酸。
19.权利要求17或权利要求18的方法，其中所述羧酸包含油酸。
20.权利要求17至19中任一项的方法，其中所述非配位溶剂具有约250°C以上的沸点。
21.权利要求17至20中任一项的方法，其中所述非配位溶剂包含石蜡或十八碳烯。
22.权利要求17至21中任一项的方法，其中加热所述混合物以每分钟约4°C至约30°C的速率进行。
23.权利要求17至22中任一项的方法，其中加热所述混合物以每分钟约20°C的速率进行。
24.权利要求17至23中任一项的方法，还包括将所述混合物的温度维持在约190°C至约300°C的温度下约2分钟至约120分钟。
25.权利要求17至24中任一 项的方法，其中将所述混合物加热至约210°C。
26.权利要求17至25中任一项的方法，还包括: 冷却经加热的混合物；以及 向经冷却的混合物中加入极性溶剂以提供包含经沉淀的多足硒化镉纳米晶体的液体。
27.权利要求26的方法，其中将所述混合物冷却至约100°C至约20°C的温度。
28.权利要求26或权利要求27的方法，其中将所述混合物冷却至约80°C的温度。
29.权利要求26至28中任一项的方法，其中所述极性溶剂包含二氯甲烷(DCM)、四氢呋喃(THF)、乙酸乙酯、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈(MeCN)、二甲亚砜(DMSO)、蚁酸、正丁醇、异丙醇(IPA)、正丙醇、乙醇、甲醇、醋酸或水。
30.权利要求26至29中任一项的方法，还包括: 对所述包含经沉淀的多足硒化镉纳米晶体的液体进行离心以产生上清液中的包含经沉淀的多足硒化镉纳米晶体的粒料； 倾析所述上清液以分离出所述包含经沉淀的多足硒化镉纳米晶体的粒料；以及 向所述包含经沉淀的多足硒化镉纳米晶体的粒料中加入非极性溶剂以制备所述多足硒化镉纳米晶体在所述溶剂中的分散体。
31.权利要求30的方法，其中所述非极性溶剂包含戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、苯、甲苯、1，4_ 二氧六环、氯仿或二乙醚。
32.权利要求30或权利要求31的方法，还包括: 对所述多足硒化镉纳米晶体的分散体进行离心以在非极性溶剂中提供包含经纯化的多足砸化铺纳米晶体的粒料； 倾析所述非极性溶剂以分离出所述包含经纯化的多足硒化镉纳米晶体的粒料；以及 向所述包含经纯化的多足硒化镉纳米晶体的粒料中加入第二非极性溶剂以制备所述经纯化的多足硒化镉纳米晶体在所述第二非极性溶剂中的分散体。
33.权利要求32的方法，其中所述第二非极性溶剂包含戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、苯、甲苯、1，4_ 二氧六环、氯仿或二乙醚。
34.权利要求32或权利要求33的方法，还包括:重复对所述分散体进行离心、倾析所述溶剂和加入另一溶剂的步骤至少一次以制备经合适纯化的多足硒化镉纳米晶体在所述另一溶剂中的分散体。
35.权利要求17至34中任一项的方法，还包括在真空下干燥所述多足硒化镉纳米晶体。
36.权利要求17至35中任一项的方法，其中所述多足硒化镉纳米晶体包括四足硒化镉纳米晶体。
37.制备核壳多足纳米晶体的方法，所述方法包括: 将在第一非配位溶剂中的包含氧化镉、硒、三辛基膦和羧酸的第一混合物在约20°C至约120°C的温度下进行脱气； 加热所述第一混合物以将所述第一混合物的温度从脱气温度提高到约160°C至约300°C的温度； 将所述第一混合物冷却至约120°C至约160°C的温度； 向所述经冷却的第一 混合物中加入处于约20°C至约100°C的温度的在第二非配位溶剂中的包含二甲基二硫代氨基甲酸锌和第一胺的第二混合物、处于约100°C至约160°C的温度的在第三非配位溶剂中的包含乙酸锌和第二胺的第三混合物、以及部分的第三胺以制备第四混合物； 将所述第四混合物加热至约140°C至约200°C的温度；以及 将所述第四混合物的温度维持在约140°C至约200°C的温度下约20分钟以制备核壳多足纳米晶体。
38.权利要求37的方法，其中所述羧酸包括蚁酸、醋酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、草酸、苯甲酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸、二十烷酸、肉豆蘧烯酸、棕榈油酸、十六碳烯酸、油酸、反油酸、异油酸、亚油酸、反亚油酸、α -亚麻酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸、芥酸或二十二碳六烯酸。
39.权利要求37或权利要求38的方法，其中所述羧酸包含油酸。
40.权利要求37至39中任一项的方法，其中所述第一非配位溶剂、所述第二非配位溶剂和所述第三非配位溶剂各自具有约250°C以上的沸点。
41.权利要求37至40中任一项的方法，其中所述第一非配位溶剂、所述第二非配位溶剂和所述第三非配位溶剂各自独立地为石蜡或十八碳烯。
42.权利要求37至41中任一项的方法，其中加热所述第一混合物以每分钟约4°C至约30°C的速率进行。
43.权利要求37至42中任一项的方法，还包括将所述第一混合物的温度维持在约190°C至约300°C的温度下约2分钟至约30分钟。
44.权利要求37至43中任一项的方法，其中将所述第一混合物加热至约210°C。
45.权利要求37至44中任一项的方法，还包括将所述第四混合物的温度维持在约190°C至约300°C的温度下约20分钟。
46.权利要求37至45中任一项的方法，其中所述第一胺、所述第二胺和所述第三胺各自独立地选自含8碳至18碳的烃链的脂族胺。
47.权利要求37至46中任一项的方法，还包括:将所述第四混合物冷却至约120°C至约160°C的温度； 向所述经冷却的第四混合物中加入处于约20°C至约100°C的温度的在第四非配位溶剂中的包含二甲基二硫代氨基甲酸锌和第四胺的第五混合物、处于约100°C至约160°C的温度的在第五非配位溶剂中的包含乙酸锌和第五胺的第六混合物、以及部分第六胺以制备第七混合物； 将所述第七混合物加热至约140°C至约200°C的温度；以及 将所述第七混合物的温度维持在约140°C至约200°C的温度下约30分钟以制备核壳多足纳米晶体。
48.权利要求37至47中任一项的方法，还包括: 冷却所述第四或第七混合物；以及 向经冷却的第四或第七混合物中加入极性溶剂以制备包含经沉淀的核壳多足纳米晶体的液体。
49.权利要求48的方法，其中所述极性溶剂包含二氯甲烷(DCM)、四氢呋喃(THF)、乙酸乙酯、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈(MeCN)、二甲亚砜(DMSO)、甲酸、正丁醇、异丙醇(IPA)、正丙醇、乙醇、甲醇、乙酸或水。
50.权利要求48或权利要求49的方法，还包括: 对所述包含经沉淀的核壳多足纳米晶体的液体进行离心以在上清液中提供包含经沉淀的核壳多足纳米晶体的粒料； 倾析所述上清液以分离出所述包含经沉淀的核壳多足纳米晶体的粒料；以及 向所述包含经沉淀的核壳多足纳米晶体的粒料中加入非极性溶剂以制备所述核壳多足纳米晶体在所述非极性溶剂中的分散体。
51.权利要求50的方法，其中所述非极性溶剂包含戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、苯、甲苯、1，4_ 二氧六环、氯仿或二乙醚。
52.权利要求50或权利要求51的方法,还包括: 对所述核壳多足纳米晶体的分散体进行离心以在所述非极性溶剂中提供包含经纯化的核壳多足纳米晶体的粒料； 倾析所述非极性溶剂以分离出所述包含经纯化的核壳多足纳米晶体的粒料；以及 向所述包含经纯化的核壳多足纳米晶体的粒料中加入第二非极性溶剂以制备所述经纯化的核壳多足纳米晶体在所述第二非极性溶剂中的分散体。
53.权利要求52的方法，其中所述第二非极性溶剂包含戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、苯、甲苯、1，4_ 二氧六环、氯仿或二乙醚。
54.权利要求51或权利要求52的方法,还包括: 重复对所述分散体进行离心、倾析所述溶剂以及加入另一非极性溶剂的步骤至少一次，以制备经合适纯化的核壳多足纳米晶体在所述另一溶剂中的分散体。
55.权利要求54的方法，其中所述另一非极性溶剂包含戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、苯、甲苯、1，4_ 二氧六环、氯仿或二乙醚。
56.权利要求37至55中任一项的方法，还包括在真空下干燥所述核壳多足纳米晶体。
57.权利要求37至56中任一项的方法，其中所述核壳多足纳米晶体包含含硫化锌的壳和含硒化镉的核。
58.权利要求37至57中任一项的方法，其中所述核壳多足纳米晶体包含含硫化锌和硫化镉的壳以及含硒化镉的核。
59.权利要求37至58中任一项的方法，其中所述核壳多足纳米晶体的光致发光量子产率大于约80%。
60.权利要求37至59中任一项的方法，其中所述核壳多足纳米晶体包含核壳四足纳米晶体。
61.制备硫化镉纳米晶体的方法，所述方法包括: 将在石蜡中的包含氧化镉、硫、三辛基膦和油酸的混合物在约20°C至约120°C的温度下进行脱气；以及 加热所述混合物以将所述混合物的温度从脱气温度提高到约190°C至约300°C的温度以制备硫化铺纳米晶体。
62.制备碲化镉纳米晶体的方法，所述方法包括: 将在石蜡中的包含氧化镉、碲、三辛基膦和油酸的混合物在约20°C至约120°C的温度下进行脱气；以及 加热所述混合物以将所述混合物的温度从脱气温度提高到约190°C至约300°C的温度以制备締化铺纳米晶体。
63.制备半导体纳米晶体的试剂盒，所述试剂盒包含: 第一金属化合物； 第二金属化合物； 配体； 羧酸；以及 第一非配位溶剂， 其中所述第一金属化合物包含第II周期至第VI周期的元素并且所述第二金属化合物包含第IV周期至第VI周期的元素。
64.权利要求63的试剂盒，其中所述配体为三辛基膦。
65.权利要求63或权利要求64的试剂盒，其中所述羧酸包括蚁酸、醋酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、草酸、苯甲酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸、二十烷酸、肉豆蘧烯酸、棕榈油酸、十六碳烯酸、油酸、反油酸、异油酸、亚油酸、反亚油酸、α -亚麻酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸、芥酸或二十二碳六烯酸。
66.权利要求63至65中任一项的试剂盒，其中所述羧酸包含油酸。
67.权利要求63至66中任一项的试剂盒，其中所述第一非配位溶剂具有约250°C以上的沸点。
68.权利要求63至67中任一项的试剂盒，其中所述非配位溶剂包含石蜡或十八碳烯。
69.权利要求63至68中任一项的试剂盒，其中所述半导体纳米晶体包含氧化锌、硫化锌、締化锌、硒化锌、硫化镉、硒化镉、締化镉、硫化铅或硒化铅。
70.权利要求63至69中任一项的试剂盒，其中所述第一金属化合物包含氧化镉。
71.权利要求63至70中任一项的试剂盒,其中所述第二金属化合物包含硫、硒和締。
72.权利要求63至71中任一项的试剂盒，其中所述半导体纳米晶体包含多足半导体纳米晶体。
73.权利要求63至72中任一项的试剂盒，其中所述半导体纳米晶体包含四足半导体纳米晶体。
74.权利要求63至72中任一项的试剂盒，还包含: 二甲基二硫代氨基甲酸锌； 第一胺； 第二非配位溶剂； 乙酸锌； 第二胺； 第三非配位溶剂；以及 第二胺。
75.权利要求74的试剂盒，其中所述第二非配位溶剂和所述第三非配位溶剂各自具有约250°C以上的沸点。
76.权利要求74或权利要求75的试剂盒，其中所述第二非配位溶剂和所述第三非配位溶剂各自独立地选自石蜡或十八碳烯。
77.权利要求74至76中任一项的试剂盒，其中所述第一胺、所述第二胺和所述第三胺各自独立地选自含8碳至18碳烃链的脂族胺。
78.权利要求74至77中任一项的试剂盒，其中所述半导体纳米晶体包含核壳半导体纳米晶体。
79.权利要求78的试剂盒，其中所述壳与所述核形成I型异质结。
80.权利要求78或权利要求79的试剂盒，其中所述壳包含硫化锌。
81.权利要求78至80中任一项的试剂盒，其中所述壳包含硫化锌和硫化镉。
82.权利要求78至81中任一项的试剂盒，其中所述半导体纳米晶体的光致发光量子产率大于约80%。
83.权利要求78至82中任一项的试剂盒，还包含用于由所述试剂盒的内容物制备半导体纳米晶体的使用说明书。
【文档编号】C30B13/00GK103998656SQ201180074686
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2011年12月7日 优先权日:2011年12月7日
【发明者】钟新华, 张文进 申请人:华东理工大学