窄尺寸分布的硒化鎘納米晶組裝體的製備方法
2023-10-10 00:23:04 1
窄尺寸分布的硒化鎘納米晶組裝體的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種窄尺寸分布的硒化鎘納米晶組裝體的製備方法，是將硬脂酸鎘與硒粉室溫下裝入到含有十八烯的容器中，在容器上安裝冷凝回流裝置；通入惰性氣體，升溫到200-300℃，進行反應；反應停止後，降溫至室溫，控制降溫速率5-30℃/min；將產物分離，收集下層沉澱；再用異丙醇溶液與沉澱混合，繼續分離，收集下層沉澱；將沉澱溶於甲苯溶劑中，從而得到窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體。該方法優勢在於操作簡便，生產周期短，產物穩定性好，成本低廉，CdSe材料窄的禁帶寬度，能夠吸收更多的光子，提高了光伏轉換效率。為其他的有機相納米晶組裝體的製備提供了新的思路，也為納米材料的商業化應用提供了可能。
【專利說明】窄尺寸分布的砸化鎘納米晶組裝體的製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於納米材料製備【技術領域】，涉及一種製備窄尺寸分布的硒化鎘納米晶組 裝體的方法，該組裝體可用於製備光伏器件。
【背景技術】
[0002] 硒化鎘（CdSe)是一種著名的II -VI族半導體納米晶，主要有纖鋅礦晶體相、 閃鋅礦晶體相。它在纖鋅礦晶體相的禁帶寬度為1.797eV，在閃鋅礦晶體相的禁帶寬 度為 I. 712eV。（ Bdhmlcr M，Wang Z，Myalitsin A, et al. Optical imaging of CdSe nanowires with nanoscale resolution, Angewandte Chemie International Editi on, 2011，50 (48) : 11536-11538.)。硒化鎘這種材料的帶寬比較窄，相對於其他材料，能吸 收更多的光子，使光伏器件的效率得到提升（黃江.有機太陽能電池的電荷轉移態等效 電路和多重電荷分離界面研宄.電子科技大學，2012.)。通常情況下，CdSe是一種η型半 導體，而P型CdSe半導體也通過分子束外延技術成功獲得（Ohtsuka Τ, Kawamata J, Zhu Ζ, et al. p-type CdSe grown by molecular beam epitaxy using a nitrogen plasma source,Applied physics letters, 1994,65 (4): 466-468·)。CMSe 納米晶已經成為納 米材料電子和光學性能研宄領域中的經典體系，這主要歸功於能夠通過較簡便的方法得 到高質量 WSe 納米晶（Peng ZA，Peng X.Formation of high-quality (MTe, CdSe, and CdS nanocrystals using CdO as precursor, Journal of the American Chemical Society，2001，123(1) :183-184.)。由於大多數的器件應用需要控制納米晶的尺寸和尺寸 分布，因此窄分布的CdSe納米晶目前成為了研宄的熱點。Yu等人在這一領域取得了明顯 的進展。他們通過改變反應溫度，升溫速率，原料配比等反應參數，研宄了窄尺寸分布的 CdSe納米晶的生長機理結果表明，低的酸鎘摩爾比和高的鎘硒摩爾比是形成窄尺寸分布的 CMSe 納米晶的關鍵（Yu K, Ouyang J, Zaman MB, et al. Single-sized CdSe nanocrystals with bandgap photoemission via a noninjection one-pot approach, The Journal of Physical Chemistry C, 2009, 113(9) :3390-3401.)。由於納米晶具備特殊的光學、電學、磁 和催化性質，使之在生物診斷和治療、能量存儲和轉換、環境監測和治理和光伏器件等方面 有著潛在的應用。但是因為納米晶的尺寸限制，徹底實現上述應用的商業化幾乎是不可能 的。為了克服尺寸的限制，實現納米材料的大規模應用，使納米晶自組裝成大的有序的組裝 體，並且應用現代製造技術將組裝體集成為功能化的器件，被認為由微觀材料向介觀甚至 宏觀器件邁進的一條可能途徑（孟令鎔，彭卿，周和平等.從納米晶到三維超晶格結構，高 等學校化學學報，2011，32 (3)，429-436.)。研宄表明，相對於納米晶，納米晶組裝體能有效 改善材料的電子迀移率和電荷收集能力，從而在光伏器件的應用方面有著廣闊的前景（Yan H, Yu Z, Lu K, et al. Self-Assembly of graphenelike ZnO superstructured nanosheets and their application in hybrid photoconductors, Small, 2011, 7(24):3472-3478.)〇 但是相對於水相合成的納米晶，有機相合成的納米晶的配體難以調控，較難發生組裝。而 窄尺寸分布的納米晶通常就在有機相中合成的，但是還沒有報導窄尺寸分布的納米晶組裝 體，原因是有機相中配體難以調控，導致納米晶表面穩定不易組裝。為了解決這個問題，我 們參考了 Yu等人的方法，在有機相中合成出窄尺寸分布的CdSe納米晶。通過控制降溫速 率，從而得到窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在於克服傳統的有機相納米晶組裝的局限性，解決了窄尺寸分布的 納米晶的組裝難題。我們開發出一種製備窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體的方法，這一發 明也為有機相的組裝提供了新的思路。
[0004] 本發明的技術方案如下：
[0005] -種窄尺寸分布的硒化鎘納米晶組裝體的製備方法，是將硬脂酸鎘與硒粉室 溫下裝入到含有十八烯的容器中，在容器上安裝冷凝回流裝置；通入惰性氣體，升溫到 200-300°C，進行反應；反應停止後，降溫至室溫，控制降溫速率5-30°C /min ;將產物分離， 收集下層沉澱；再用異丙醇溶液與沉澱混合，繼續分離，收集下層沉澱；將沉澱溶於甲苯溶 劑中，從而得到窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體。
[0006] 所述的硬脂酸鎘與硒粉的摩爾比為2?4:1。
[0007] 所述的硬硬脂酸鎘在十八烯中的濃度為10-20mmol/L。
[0008] 所述的通入惰性氣體，先循環抽真空，除去水分和空氣，然後升溫。
[0009] 所述的反應時間為10-60min。
[0010] 所述的分離採用離心機離心分離。
[0011] 相對於傳統的納米晶組裝體製備方法，該方法優勢在於操作簡便，生產周期短，產 物穩定性好，成本低廉，再加上CdSe材料窄的禁帶寬度，能夠吸收更多的光子，提高了光伏 轉換效率。這使得製備的產物有望應用到太陽能電池、光探測器等光伏器件上。這種製備 方法為其他的有機相納米晶組裝體的製備提供了新的思路，也為納米材料的商業化應用提 供了可能。
【專利附圖】
【附圖說明】：
[0012] 圖1為實施例1中的窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體的紫外-可見吸收光譜。
[0013] 圖2為實施例1中的窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體的螢光發射光譜。
[0014] 圖3為實施例1中的窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體的掃描電鏡照片。
[0015] 圖4為實施例2中的窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體的掃描電鏡照片。
[0016] 圖5為實施例3中的窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0017] 下面給出本發明的3個實施例，是對本發明的進一步說明，而不是限制本發明的 範圍。
[0018] 實施例1 :
[0019] 將0. 20mmol硬脂酸鎘與0. 05mmol硒粉室溫下裝入到含有20mL十八烯的三口瓶， 使硬脂酸鎘濃度為10mm〇l/L，並給三口瓶安裝冷凝回流裝置。通入惰性氣體，並循環抽真 空5次，以除去多餘的水分和空氣。惰性氣體保護下升溫到200°C，在200°C使反應60min。 停止反應，控制降溫速率為5°C /min。將粗產物使用高速離心機10000r/min離心，收集下 層沉澱。再用異丙醇溶液與沉澱混合，繼續用高速離心機l〇〇〇〇r/min離心，收集下層沉澱。 將沉澱溶於甲苯溶劑中，從而得到窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體。窄尺寸分布的納米晶 組裝體的紫外-可見吸收光譜見圖1，在536nm處有一個窄而尖銳的發射峰。這證明我們合 成的是納米晶組裝體是由窄尺寸的納米晶組成的。類似的證明見螢光發射光譜（圖2)，發 射峰半峰寬大約為35nm，證明納米晶的尺寸比較均一。所得的窄尺寸分布的納米晶組裝體 掃描電鏡圖像如圖3所示，該組裝體為圓餅狀，直徑約為1 μ m，厚度約為0. 5 μ m。
[0020] 實施例2 :
[0021] 將0. 15mmol硬脂酸鎘與0. 05mmol硒粉室溫下裝入到含有IOmL十八烯的三口瓶， 使硬脂酸鎘濃度為15mmol/L，並給三口瓶安裝冷凝回流裝置。通入惰性氣體，並循環抽真 空5次，以除去多餘的水分和空氣。惰性氣體保護下升溫到250°C，在250°C使反應30min。 停止反應，控制降溫速率為15°C /min。將粗產物使用高速離心機10000r/min離心，收集下 層沉澱。再用異丙醇溶液與沉澱混合，繼續用高速離心機l〇〇〇〇r/min離心，收集下層沉澱。 將沉澱溶於甲苯溶劑中，，從而得到窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體。所得的窄尺寸分布 的納米晶組裝體掃描電鏡圖像如圖4所示，這種組裝體前後兩面均為等邊三角形。
[0022] 實施例3 :
[0023] 將0. IOmmol硬脂酸鎘與0. 05mmol硒粉室溫下裝入到含有5mL十八烯的三口瓶， 使硬脂酸鎘濃度為20mmol/L，並給三口瓶安裝冷凝回流裝置。通入惰性氣體，並循環抽真 空5次，以除去多餘的水分和空氣。惰性氣體保護下升溫到300°C，在300°C使反應10min。 停止反應，控制降溫速率為30°C /min。將粗產物使用高速離心機10000r/min離心，收集下 層沉澱。再用異丙醇溶液與沉澱混合，繼續用高速離心機l〇〇〇〇r/min離心，收集下層沉澱。 將沉澱溶於甲苯溶劑中，從而得到窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體。所得的窄尺寸分布的 納米晶組裝體掃描電鏡圖像如圖5所示。這種組裝體前後兩面均為等邊三角形。
【權利要求】
1. 一種窄尺寸分布的硒化鎘納米晶組裝體的製備方法，其特徵是將硬脂酸鎘與硒粉 室溫下裝入到含有十八烯的容器中，在容器上安裝冷凝回流裝置；通入惰性氣體，升溫到 200-300°C，進行反應；反應停止後，降溫至室溫，控制降溫速率5-30°C /min ;將產物分離， 收集下層沉澱；再用異丙醇溶液與沉澱混合，繼續分離，收集下層沉澱；將沉澱溶於甲苯溶 劑中，從而得到窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體。
2. 如權利要求1所述的方法，其特徵是硬脂酸鎘與硒粉的摩爾比為2?4:1。
3. 如權利要求1所述的方法，其特徵是硬硬脂酸鎘在十八烯中的濃度為10-20mmol/L。
4. 如權利要求1所述的方法，其特徵是通入惰性氣體，先循環抽真空，除去水分和空 氣，然後升溫。
5. 如權利要求1所述的方法，其特徵是反應時間為10_60min。
6. 如權利要求1所述的方法，其特徵是分離採用離心機離心分離。
【文檔編號】C01B19/04GK104495759SQ201410669154
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月20日 優先權日:2014年11月20日
【發明者】封偉, 張博, 沈永濤 申請人:天津大學