本发明专利技术公开了一种利用激光合成单分散胶体硫化铅量子点的方法，以块状金属铅靶为原料，将铅靶置于十二硫醇中，使用毫秒脉冲激光烧蚀铅靶；对激光烧蚀后的产物进行提纯、干燥、称量，重新分散在十二硫醇中，制成浓度为4.3mM的初始硫化铅纳米晶悬浮液；再取体积百分比为10％的初始硫化铅纳米晶悬浮液，向其中加入90％的十二硫醇，得到浓度为0.43mM的初始硫化铅纳米晶悬浮液，水浴加热；再用未聚焦毫秒脉冲激光辐照悬浮液20min，获得分散性和结晶性良好、高纯度的单分散胶体硫化铅量子点。本发明专利技术工艺简便、易于控制、无副产物和杂质、原料简单低毒、反应温度低，是一种环境友好的绿色合成工艺。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于纳米材料的，尤其涉及ー种利用激光液相烧蚀、辐照技术合成单分散胶体硫化铅(PbS)量子点的方法。
技术介绍
由于量子限制效应，半导体量子点具有随尺寸显著变化的电学、光学性能，在光电子和生物技术等领域应用前景广_，參见A. J. Nozik, Μ. C. Beard, J. M. Luther etal, Chemical Reviews, 2010, 110, 6873-6890 ；I. L. Medintz, H. T. Uyeda, E. R. Goldman etal, Nature Materials, 2005, 4，435-446。尺寸是否均匀对于量子点的性能调控及未来应用来讲至关重要，例如尺寸均匀的量子点发光锐利，发光峰位随量子点尺寸精确可调，是制造高性能发光器件的理想材料，參见A. L. Rogach, D. V. Talapin, E. V. Shevchenkoet al, Advanced Funct ional Material s, 2002，12，653-664。一般将尺寸分布。(标 准偏差与平均粒径之比)小于10%的均勻量子点称为单分散量子点，參见I. Moreels, Y.Justo, B. De Geyter et al, ACS Nano, 2011，5，2004-2012。在液相中合成的单分散量子点(即，单分散胶体量子点)，其表面包覆有ー层表面活性剤，可起到控制形貌、稳定尺寸、良好分散、抗氧化等作用，也更有利于量子点进行组装，获得具有奇特光、电性能的特殊纳米结构。因此，单分散胶体量子点是组装先进功能纳米结构和器件的理想単元，參见D. Vanmaekelbergh, Nano Today, 2011，6，419-437。硫化铅(PbS)量子点是一种重要的近红外半导体量子点材料，在可见-近红外光谱范围内具有尺寸可调的直接带隙，并具有较高的载流子迁移率和明显的多激子效应，有望成为制造高性能量子点太阳能电池的首选材料之一，參见A. G. Pattantyus-Abraham, I. J. Kramer, A. R. Barkhouse et al, ACSNano, 2010，4, 3374-3380。目前，单分散胶体量子点的主要制备方法是溶液相胶体化学法，其中，单分散胶体硫化铅量子点的合成主要采用有机相热注入技木，即，向热的表面活性剂溶液中迅速注入过量前躯体来引发“爆发式形核”过程。例如，Hines等人以向150° C油酸铅的油酸溶液中快速注入双(三甲基硫化硅)(TMS)的十八烯溶液的方法首次获得了单分散胶体PbS 量子点，參见M. A. Hines, G. D. Scholes, Advanced Materials 2003, 15, 1844-1849 ；Akhta等人则采用橄榄油作为有机溶剂，在更低的反应温度(60° C)下，制备出单分散胶体 PbS 量子点，參见J. Akhtar, M. A. Malik, P. O’Brien et al, Journal of MaterialsChemistry, 2010，20，2336-2344。但是，常规的胶体化学法普遍存在前躯体有毒、合成温度高、反应副产物造成产物不纯净等问题。作为ー种常温、緑色、高效，以物理过程为主的纳米材料合成エ艺，激光法近年来备受关注，已成为一类发展潜力巨大的纳米材料制备技术，參见H. Zeng, X. ff. Du, S.C. Singh et al. , Advanced Functional Materials, 2012，22，1333-1353。然而，激光法仍存在纳米晶尺寸不均匀的显著问题。值得注意的是近期，Werner等人在高压环境下利用纳秒激光辐照胶体金纳米晶，得到了尺寸分布6. 1%的均匀金纳米晶，參见D. Werner, T.Ueki, S. Hashimoto, Journal of Physical Chemistry C, 2012，116，5482-5491。尽管如此,截至目前，尚无采用激光法合成单分散半导体量子点，特别是单分散硫化铅量子点的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的，是解决现有制备单分散胶体硫化铅量子点的化学合成エ艺中的前躯体有毒、合成温度高、产物不纯净等问题，利用长脉冲毫秒激光可以对不同尺寸量子点进行选择性气化的特点，提供ー种利用毫秒激光液相烧蚀、辐照エ艺可控合成分散性和结晶性良好、高纯度的单分散胶体硫化铅量子点的方法。本专利技术エ艺简便、原料简单低毒、反应温度低，属于绿色合成，可作为胶体化学法制备单分散胶体硫化铅量子点的有力补充。本专利技术ー种利用激光合成单分散胶体硫化铅量子点的方法，具有以下步骤( I)以块状金属铅靶为原料； (2)将铅靶置于十二硫醇中，十二硫醇体积为IOOmL,调节靶材支架的高度以保证铅靶上表面与十二硫醇液面之间的距离为5mm ;使用毫秒脉冲激光烧蚀铅靶，其中激光焦点汇聚于铅靶表面，激光烧蚀每IOmin收集一次含有硫化铅纳米晶的黑色悬浮液，重新加入相同体积的十二硫醇，并进行下ー批合成；激光烧蚀铅靶过程中，采用磁力搅拌来尽量避免生成的硫化铅纳米晶再次受到激光辐照；(3)对激光烧蚀后收集到的产物进行提纯、干燥、称量，重新分散在十二硫醇中，制成浓度为4. 3mM的初始硫化铅纳米晶悬浮液；(4)取体积百分比为10%、浓度为4. 3mM的初始硫化铅纳米晶悬浮液，向其中加入体积百分比为90%的十二硫醇，得到浓度为0. 43mM的初始硫化铅纳米晶悬浮液，将其置于石英试管中水浴加热，石英试管外的温度为O 30°C ；(5)用未聚焦毫秒脉冲激光辐照石英试管中的悬浮液20min，溶液由较深的黑色变为透明的淡灰色，获得高纯度的单分散胶体硫化铅量子点。所述步骤(I)的，铅靶纯度为99. 99%，靶材厚度为5mm。所述步骤(2)的十二硫醇的纯度为98%。所述步骤(2)的毫秒脉冲激光烧蚀置于十二硫醇中的铅靶时，激光波长为1064nm，脉宽为2ms，重复频率为2Hz，单脉冲能量为4J，焦点光斑直径为0. 2mm。所述步骤(2)的激光烧蚀过程中不时地改变靶材上的烧蚀位置。所述步骤(3)的提纯过程是将产物进行12000rpm高速离心，并用こ醇清洗3次。所述步骤(5)的未聚焦毫秒激光辐照初始硫化铅纳米晶悬浮液时，石英试管内径为10. Omm ;激光波长1064nm，脉宽5ms，重复频率2Hz，光斑直径8. Omm,能量密度即单脉冲能量/光斑面积为30J / cm2;石英试管内径略大于激光光斑直径，可以使激光辐照更加均匀。本专利技术解决了现有化学合成エ艺制备单分散胶体硫化铅量子点中，前躯体有毒、合成温度高、产物不纯净等问题，在低温(< 30°C)和常压下，使用简单、低毒的原料实现了单分散胶体硫化铅量子点的可控合成，获得了分散性和结晶性好、纯度高、粒径可控且分布窄(5. 4%< σ <8. 7%)的单分散胶体硫化铅量子点。此外，本专利技术所采用的合成方法エ艺简単、操作方便、易于控制、无副产物和杂质，原料简单低毒、反应温度低，是ー种环境友好的緑色合成エ艺。附图说明图I为利用毫秒激光液相烧蚀、辐照エ艺可控合成单分散胶体硫化铅量子点的エ艺流程图示意图；图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用激光合成单分散胶体硫化铅量子点的方法，具有以下步骤：（1）以块状金属铅靶为原料；（2）将铅靶置于十二硫醇中，十二硫醇体积为100mL,调节靶材支架的高度以保证铅靶上表面与十二硫醇液面之间的距离为5mm；使用毫秒脉冲激光烧蚀铅靶，其中激光焦点汇聚于铅靶表面，激光烧蚀每10min收集一次含有硫化铅纳米晶的黑色悬浮液，重新加入相同体积的十二硫醇，并进行下一批合成；激光烧蚀铅靶过程中，采用磁力搅拌来尽量避免生成的硫化铅纳米晶再次受到激光辐照；（3）对激光烧蚀后收集到的产物进行提纯、干燥、称量，重新分散在十二硫醇中，制成浓度为4.3mM的初始硫化铅纳米晶悬浮液；（4）取体积百分比为10％、浓度为4.3mM的初始硫化铅纳米晶悬浮液，向其中加入体积百分比为90％的十二硫醇，得到浓度为0.43mM的初始硫化铅纳米晶悬浮液，将其置于石英试管中水浴加热，石英试管外的温度为0～30℃；（5）用未聚焦毫秒脉冲激光辐照石英试管中的悬浮液20min，溶液由较深的黑色变为透明的淡灰色，获得高纯度的单分散胶体硫化铅量子点。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，杜希文，高敏锐，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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