一种铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点及其制备方法与光阳极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点及其制备方法与光阳极的制备方法，该量子点的制备方法如下：通过铜铟硒碲的核量子点与硫化镉壳层材料在特定环境、特定温度的条件下进行反应，使得壳层前驱体在量子点表面随着注入逐渐生长，反应完成后使用冰水猝灭降温至室温后，得到铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点。本发明专利技术再将异质结核壳结构量子点用于光电化学制氢，通过合理构建异质结构调整其能带结构，优化光生电子空穴动力学，显著提高了对应量子点光电化学电池的光电转化效率，使其在一个标准模拟太阳光照射下，饱和光电流密度提升到5.6mA/cm2。。

【技术实现步骤摘要】
一种铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点及其制备方法与光阳极的制备方法


[0001]本专利技术属于半导体材料与能源器件
，具体涉及到一种铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点及其制备方法与光阳极的制备方法。

技术介绍

[0002]半导体胶体量子点由于其独特的尺寸相关可调光吸收、荧光发射以及高荧光量子产率等特性，赋予了其在发光二极管，太阳能聚光器，光电化学电池以及量子点敏化太阳能电池等领域的巨大应用价值。然而，半导体胶体量子点的低光物理/化学稳定性，低电荷转移分离效率，以及光学响应精准调控等问题，仍然是制约量子点光电器件性能的主要因素。因此，通过构建核壳结构，生长合适壳层材料，利用尺寸调节以及能带结构调控手法，是解决量子点稳定性和优化光电性质的良好策略。通常情况下，在核量子点表面生长壳层可以提供一层表面“屏障”，减少核与周围环境之间的相互作用，且壳层材料的生长可以有效地钝化量子点表面陷阱/缺陷态，以抑制光激发载流子的非辐射复合，从而改善材料荧光量子产率，减少光漂白并增强光物理和化学稳定性。近年来，三元I
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III
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VI族量子点，如CuInX2(X＝S、Se、Te)，由于其窄带隙、宽光吸收和组分相关可调的光学特性，在光电应用领域引起了巨大的研究兴趣，然而，由于多元量子点的不稳定性，尤其是在有不稳定Te元素存在下，会导致较低的材料光/化学稳定性，并表现出较低的光电转化效率，限制了这类窄带隙材料在各类量子点光电器件的有效应用。因此，基于窄带隙CuInSeTe量子点的核壳异质结构合理构建，可以有效调节其能带结构，调控光学性能响应范围，提升光/化学稳定性，是提升对应量子点光电器件性能的有效途径。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点及其制备方法与光阳极的制备方法，可以通过构建上述核壳结构，调控量子点能带结构，以应对铜铟硒碲量子点材料以及光电应用中存在的低光化学稳定性和光电转化效率等问题。
[0004]为达上述目的，本专利技术提供了一种铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点的制备方法，包括以下步骤：
[0005](1)分别合成铜源、铟源、硒源、碲源、镉源和硫源的前驱体溶液，并于室温下混合镉源和硫源的前驱体溶液；
[0006](2)将有机溶剂于惰性气体氛围中升温至90～1110℃保持20～40min，再加入步骤(1)制得的硒源的前驱体溶液，升温至220～280℃；
[0007]将铜源、铟源和碲源混合后，于60～100℃温度下与上述220～280℃的溶液混合，并立刻降温至200℃，反应0.5～1.5h后，冰水淬灭得到铜铟硒碲的核量子点；
[0008](3)将步骤(2)得到的铜铟硒碲的核量子点纯化分离后分散于有机溶剂中，于惰性气体环境中升温至200～220℃，再加入步骤(1)混合后的镉源和硫源的前驱体溶液；待反应
完成后冰水猝灭降温至室温，制得铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点。
[0009]进一步地，铜源的前驱体溶液和铟源的前驱体溶液通过以下方法制备：分别称取相同摩尔数的碘化亚铜和醋酸铟，分散溶解于正十二硫醇和十八烯溶液中，在氮气氛围中升温至90℃，充分搅拌溶解至透明溶液，制得铜源和铟源的前驱体混合溶液。
[0010]进一步地，硒源/碲源的前驱体溶液通过以下方法制备：将硒粉/碲粉分散于三辛基膦溶液中，超声溶解，制得浓度为0.5～1.5M的硒源的前驱体溶液和浓度为0.5～1.5M的碲源的前驱体溶液。
[0011]进一步地，硫源的前驱体溶液通过以下方法制备：将硫粉与正十八烯和三辛基膦混合，超声分散溶解至无色透明溶液，即得。
[0012]进一步地，镉源的前驱体溶液通过以下方法制备：将镉源与油酸和十八烯混合，在氮气氛围中升温到210℃，搅拌溶解至无色透明溶液，冷却至室温，即得。
[0013]进一步地，步骤(3)中纯化分离包括以下步骤：取步骤(2)得到的铜铟硒碲的核量子点，于甲苯中分散溶解后，于2000～4000r/min转速下离心3～5min，萃取纯化，即可。
[0014]采用铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点的制备方法制备得到的铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点。
[0015]采用铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点敏化的二氧化钛光阳极的制备方法，包括以下步骤：
[0016]S1、首先将基底材料清洗并干燥后，于基底材料表面涂抹二氧化钛溶液并煅烧；再于煅烧后的材料表面涂抹二氧化钛浆料，固化成型后二次煅烧，制得光阳极；
[0017]S2、将铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点分散于有机溶剂中，并以步骤S1制得的光阳极和铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点溶液构建电泳沉积装置，趁机沉积得到量子点敏化的光阳极；
[0018]S3、将量子点敏化的光阳极分别浸泡于锌源和硫源中，取出吹干后重复浸泡1～3次；然后再置于十六烷基三甲基溴化铵溶液中浸泡并吹干1～3次；最后再分别浸泡于镉源和硫源前驱体溶液中，重复刷洗和浸泡3～5次后，使用环氧树脂封装，制得固定有效面积的量子点敏化光阳极。
[0019]进一步地，步骤S1中煅烧的温度均为400～600℃，固化成型的温度为120～160℃，二次煅烧的时间为20～40min。
[0020]综上所述，本专利技术具有以下优点：
[0021]1、本专利技术首次合成出一种新型的铜铟硒碲/硫化镉核壳量子点，通过调整壳层厚度，进一步有效调节了核壳结构量子点的能带结构，尺寸大小，使其具有增强的可见光吸收、可调控的近红外荧光发射以及超长的荧光激子寿命等光学特性；
[0022]2、本专利技术制备的核壳结构量子点具有良好的光稳定性以及光电转换特性，基于本量子点敏化的光电化学电池性能具有明显的提升，在一个标准模拟太阳光辐照下，其饱和光电流密度能达到5.6mA/cm2。同比作为核量子点敏化的光电化学电池，器件性能提升了4倍；
[0023]3、本专利技术制备的基于铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点光电化学电池在2小时光照后，其光电流密度仍然能够保持初始值70％的稳定性，相比于核量子点敏化的光电化学电池器件，其器件稳定性得到了极大的提高。
附图说明
[0024]图1为实施例1和实施例2中铜铟硒碲核量子点以及铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点的TEM形貌表征图像；
[0025]图2为制备得到的基于量子点敏化的光阳极器件光学图像；
[0026]图3为实施例3铜铟硒碲核量子点以及铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点敏化的二氧化钛光阳极光暗电流示意图；
[0027]图4是基于铜铟硒碲核量子点以及铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点的光电化学电池在1个标准太阳光下测试出的光响应随时间变化的稳定性曲线示意图。
具体实施方式
[0028]以下结合实施例对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分别合成铜源、铟源、硒源、碲源、镉源和硫源的前驱体溶液，并于室温下混合镉源和硫源的前驱体溶液；(2)将有机溶剂于惰性气体氛围中升温至90～1110℃保持20～40min，再加入步骤(1)制得的硒源的前驱体溶液，升温至220～280℃；将铜源、铟源、硒源和碲源混合后，于60～100℃温度下与上述220～280℃的溶液混合，并立刻降温至200℃，反应0.5～1.5h后，冰水淬灭得到铜铟硒碲的核量子点；(3)将步骤(2)得到的铜铟硒碲的核量子点纯化分离后分散于有机溶剂中，于惰性气体环境中升温至200～220℃，再加入步骤(1)混合后的镉源和硫源的前驱体溶液；待反应完成后冰水猝灭降温至室温，制得铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点。2.如权利要求1所述的铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点的制备方法，其特征在于，所述铜源的前驱体溶液和铟源的前驱体溶液通过以下方法制备：分别称取相同摩尔数的碘化亚铜和醋酸铟，分散溶解于正十二硫醇和十八烯溶液中，在氮气氛围中升温至90℃，充分搅拌溶解至透明溶液，制得铜源和铟源的前驱体混合溶液。3.如权利要求1所述的铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点的制备方法，其特征在于，所述硒源/碲源的前驱体溶液通过以下方法制备：将硒粉/碲粉分散于三辛基膦溶液中，超声溶解，制得浓度为0.5～1.5M的硒源的前驱体溶液和浓度为0.5～1.5M的碲源的前驱体溶液。4.如权利要求1所述的铜铟硒碲/硫化镉核壳结构量子点的制备方法，其特征在于，所述硫源的前驱体溶液通过以下方法制备：将硫粉与正十八烯和三辛基膦混合，超声分散溶解至无色透明溶液，即得。5.如权利要求1所述的铜铟...

【专利技术属性】
技术研发人员：童鑫，徐靖银，王志明，李鑫，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：