形成纳米粒子的方法技术

本发明专利技术提供一种制备Ⅳ族元素的纳米粒子的方法，特别是制备Ｓｉ、Ｇｅ和Ｓｎ以及这些元素的二元或三元合金的纳米粒子的方法。该方法包括在高温、惰性气氛和大气压下，利用分解促进剂，对一种或多种ＩＶ族金属前体进行溶液相分解。向反应混合物中加入表面键合剂，以形成围绕纳米粒子并防止聚集的有机层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制备第IV族元素的纳米粒子的方法。本专利技术尤其涉及Si、 Ge和Sn及这些元素的二元和三元合金的纳米粒子的制备。
技术介绍
本专利技术涉及量子点，其也被称为纳米粒子或纳米晶体。术语"纳米粒子"通常指的是粒径为约1-约lOOnm的粒子。纳米粒子的尺寸介于单个原子和宏观块状固体之间。直径小于或类似于材料的波尔激发半径的纳米粒子可以展示出量子尺寸效应。这一效应可以改变材料的光学、电学、催化、光电子、热和磁的性能。很多纳米粒子所展示出的光致发光效应都比具有同样组成的宏观晶体所观测到的光致发光效应要显著得多。此外，这些量子尺寸效应可以随着纳米粒子的尺寸和表面化学性质的改变而改变。例如，第II-VI族半导体(例如CdSe)和第III-V半导体(例如InP)的纳米粒子会出现依赖于尺寸的离散的光学和电子跃迁。通过例如金属有机化学蒸汽沉积(MOCVD)的方法对第IV族纳米粒子进行气相合成是众所周知的。但是，该方法收率很低并且成本很高。用于合成第II- VI和IH-V族半导体的溶液相合成技术还不能方便应用在第IV族的材料中，这主要是由于为了高收率地得到高度结晶的纳米粒子，需要很高的温度。无定型的Si和Ge的强共价键意味着其合成温度要比第II-VI族材料所需的合成温度高得多，这样才能以通常可行的生产率得到高度结晶的核。此外，很多液相第IV族前体热分解所需的温度超过了大多数典型溶剂在大气压下的沸点。第IV族盐的液相还原和气溶胶法已经有了一些报道。但由这些方法制备的纳米粒子通常具有非常宽的粒径分布和较差的可见光发光效率。在本说明书中，当参考包括专利说明书和其它文件的外部信息资源时，其目的通常是用来提供上下文以讨论本专利技术的特点。除非另有说明， 否则在任何权限内，对这些信息源的参考都不应解释为承认这些信息资 源是现有技术，或形成本领域公知常识的一部分。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备纳米粒子的方法，使其可以作为目前所用方法的一种替代；和/或提供一种制备纳米粒子的方法，该方法可 以制备出具有良好的单分散性和/或高发光性能的纳米粒子。在第一方面，本专利技术提供了一种用于制备一种或多种第IV族金属或 其合金的纳米粒子的方法，该方法包括以下步骤在惰性气氛中、大气 压下和加热下，使一种或多种第IV族金属前体与分解促进剂在含高温表 面活性剂的液态反应介质中反应；加入表面键合剂(surface binding agent); 和回收纳米粒子。在一个实施方案中，液态反应介质可以包括高温溶剂和高温表面活 性剂。在优选的实施方案中，第IV族金属前体包括通式G(Ar)xY4_x的化合 物，其中G是第IV族金属，Ar是芳基，Y是卤素，且x是至少为0并 不大于4的数值。在或选的实施方案中，第IV族金属前体包括通式G(Ar)yY2_y的化合 物，其中G是第IV族金属，Ar是芳基，Y是卤素，且y是至少为0并 不大于2的数值。优选分解促进剂选自以下之一-a) 强还原剂；或b) S、 Se、 Te、 P或As，或包含一种或多种零价态的上述元素的化合物。在一个实施方案中，本专利技术的方法还包括以下步骤在加入表面键 合剂之前加入骤冷剂(quenching agent)。优选地，加入骤冷剂的步骤是在 加入表面键合剂之前，但是在加入分解促进剂之后。在优选的实施方案中，分解促进剂选自以下组中S、 Se、 Te、 P、 As;以及包含一种或多种零价态的上述元素的化合物，并且该方法包括7加入骤冷剂的步骤。在一个实施方案中，表面键合剂还可以作用为骤冷剂。优选地，加入表面键合剂的步骤可以有效防止纳米粒子的聚集。优选地，表面键合剂与纳米粒子相互作用，以提供包围纳米粒子的有机层。 在优选的实施方案中，表面键合剂是羧酸、醛、酰胺或醇。更优选地，表面键合剂是羧酸，因此，得到的纳米粒子是"酸封端的"。在另一个优选的实施方案中，表面键合剂包括烯基和炔基部分。 因此，本专利技术的一个优选的实施方案包括制备一种或多种第IV族金属及其合金的酸封端纳米粒子，优选是Ge、 Si或Sn或其二元或三元 合金的酸封端的纳米粒子。优选地，反应的步骤包括加热到约10(TC-约40(TC的温度，更优选约 200。C-约400°C ，更优选加热到约300°C 。优选地，本专利技术的方法在少于约30分钟的时间内完成。更优选地， 该方法在少于约20分钟内完成。优选地，该方法还包括纯化纳米粒子的步骤。优选地，该方法制备的纳米粒子的尺寸为约lnm-约20nm，更优选 为约lnm-约10nm。优选地，该方法得到单分散的纳米粒子尺寸分布，以使纳米粒子直 径的标准偏差为小于平均直径的20%。更优选地，该方法得到单分散的 纳米粒子尺寸分布，以使纳米粒子直径的标准偏差小于平均直径的5%。优选地，该方法制得的纳米粒子溶液其浓度为〉igr1，更优选》ogr1。优选地，该方法制备的纳米粒子其化学反应收率>50%，更优选>60%。优选地，该方法制备的纳米粒子响应光激励而发光的量子效率超过1%。更优选地，纳米粒子响应光激励而发光的量子效率超过20%。优选地，该方法制备的纳米粒子具有高结晶度。在G是锗的优选的实施方案中，晶体结构基本上等同于金刚石的结构。在另一方面中，本专利技术提供基本上根据本专利技术的方法制备的第IV族金属或第IV族金属合金的纳米粒子。在又另一方面中，本专利技术提供一种制备第iv族金属或其合金的化学官能化的纳米粒子的方法，所述方法包括以下步骤使第IV族金属或其合金的氢封端的纳米粒子与通式L-R-N的化合物反应，其中R是垸基、 烯基或芳基，L是具有期望的官能的基团，且N是能够与氢封端纳米粒 子表面键合的官能团；和回收化学官能化的纳米粒子。合适的N基团包 括但不局限于-NH2、 -COOH、 -CONH2、 -CONH2、 -OH、画CHO、 -S03H、 ■P03H2、 -PH2、画SH、 -CH=CH2、 一C三CH、画C1、 -F、 -Br、禾口-I。优选的化学官能化的纳米粒子包括水溶性的纳米粒子，其通过使氢 封端的纳米粒子与通式L-R-N的化合物反应制得；其中L是极性官能团。 一种或选的实施方案提供了生物化学官能化的纳米粒子，通过使氢封端 的纳米粒子与通式L-R-N的化合物反应，其中L是能够与生物抗体和/ 或生物活性分子结合的官能团。合适的L基团包括但不局限于-NH2、 —COOH、 -CONH2、 -OH、 -CHO、 -S03H、 -P03H2、 -PH2、 —SH、 -GH=CH2、 -C三CH、 -Cl、 -F、 -Br、禾口-I。在另一方面，本专利技术提供了根据本专利技术的方法制得的一种或多种第 IV族金属或其合金的化学官能化的纳米粒子。在另一方面，本专利技术提供了一种制备一种或多种IV族金属或其合金 的氢封端的纳米粒子的方法；优选Ge、 Si或Sn、或其二元或三元合金的 氢封端的纳米粒子，该方法包括使酸封端的、醛封端的、醇封端的或酰 胺封端的本专利技术的纳米粒子与氢化物还原剂在无水无氧的环境下反应； 和回收氢封端的纳米粒子。在优选的实施方案中，氢封端的纳米粒子是由本专利技术的酸封端的纳 米粒子制备的。在另一方面，本专利技术提供了基本上根据本专利技术的方法制备的一种或 多种第IV族金属或其合金的氢封端的纳米粒子。本专利技术的纳米粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备一种或多种第Ⅳ族金属或其合金的纳米粒子的方法，其包括以下步骤：在惰性气氛、大气压和加热下，使一种或多种第Ⅳ族金属前体与分解促进剂在包含高温表面活性剂的液态反应介质中反应；加入表面键合剂；和回收纳米粒子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RD蒂利，CW本比，
申请(专利权)人：维多利亚联结有限公司，
类型：发明
国别省市：NZ[新西兰]