一種鹽致水相納米晶尺寸選擇性提純的方法
2023-06-24 04:50:11 2
專利名稱：一種鹽致水相納米晶尺寸選擇性提純的方法
技術領域：
本發明涉及一種新型的利用鹽提純水相納米晶的新技術，並涉及利用鹽致提純方 法對不同尺寸的水相納米晶進行選擇性分離。該鹽致提純技術具有成本低廉、適合大批量 提純納米晶等優點。
背景技術：
半導體納米晶目前已廣泛應用於發光二極體，雷射，太陽能電池，生物標記、生物 成像等領域。在各種製備納米晶的化學及物理方法中，膠體化學法已經成為一種能夠製備 出表面功能可控、發光性質較好的納米晶的主流方法。膠體化學法有可以細分為有機金屬 法以及水相法。與有機金屬法相比，水相法製備納米晶具有成本低、無需配體交換即可直接 與其它分子偶聯、生物親和性好、製備過程相對安全、對環境汙染性小等優點，從而受到人 們的普遍關注。在利用水相法製備納米晶過程中，不可避免的要引入許多過剩的前驅體、配體及 各種離子等。這些過剩物質對納米晶的各種應用，尤其是在生命科學中的應用極為不利。因 此，在納米晶應用前必須進行提純處理。目前，普遍使用的提純方法是向納米晶溶液中加入 醇類物質，例如異丙醇、乙醇、甲醇、丙酮等等。這些醇類物質的加入使納米晶在醇_水混合 溶液中溶解度極小從而沉澱下來。與此同時，納米晶中的過剩物質在混合溶液中仍具有較 大溶解度，能夠分散或溶解在混合溶劑中。於是，將納米晶從混合溶液中離心出來後就實現 了納米晶的提純。儘管上述的醇致水相納米晶提純過程十分有效，但仍具有以下缺點。一，提純成本 較高。以水溶性CdTe納米晶為例，1升納米晶溶液往往需要1到3升左右的異丙醇進行提 純。由於水_醇混合溶液完全互溶且具有共沸點等原因，提純過程中分離出的水_醇混合 溶液很難再次被利用。二，醇致沉澱技術不適合於濃度較低的水溶性納米晶。例如，在水溶 性CdTe納米晶的提純過程中，當Cd2+濃度為1. 3X 10_3mol/L時，直接用醇致沉澱技術無法 實現納米晶的完全提純。於是在納米晶提純過程前必須進行一些預處理工作，例如在真空 狀態下將納米晶溶液加熱濃縮。通常情況下，在50°C的低真空中將150mL納米晶水溶液濃 縮到20mL大約需要2. 5小時。顯然，這些操作不僅會增加納米晶提純的成本，也費時費力。 綜上所述，傳統的醇致納米晶沉澱技術很難適用於納米晶的工業化大規模提純過程。基於水相納米晶提純技術的現狀，我們提出了一種新型的鹽致納米晶提純技術。 該技術不僅能夠進行納米晶的提純，還能將溶液中不同尺寸納米晶分別提純出來，實現了 納米晶的尺寸選擇性分離。該鹽致納米晶提純技術能夠適用於低濃度的納米晶，從而避免 了傳統醇致納米晶提純時的真空加熱濃縮等繁瑣操作。更重要的時，納米晶提純的成本 極低。據我們計算，利用鹽致沉澱技術提純水相CdTe納米晶時成本僅為醇致沉澱技術的 0. 02%，從而有利於納米晶的工業化大規模提純。
發明內容
技術問題本發明針對傳統的醇致納米晶提純技術所面臨的問題提供了一種鹽致 水相納米晶尺寸選擇性提純的方法，該方法不僅操作簡單，成本也極低，在未來納米晶工業 化大批量提純中具有廣闊的應用前景。技術方案本發明的鹽致水相納米晶尺寸選擇性提純的方法如下a.合適鹽溶液的配製通過選擇含Na、Mg離子的鹽，避免鹽與納米晶可能發生的 化學反應，同時，根據所提純納米晶濃度及尺寸的不同，配製合適濃度含Na、Mg離子的的鹽 溶液，以便實現對不同尺寸納米晶的選擇性分離；b.鹽致水相納米晶提純攪拌下，向含有納米晶的水溶液中滴加含Na、Mg離子的 鹽溶液直到納米晶溶液從澄清狀態變為略微渾濁狀態，然後將渾濁溶液轉入離心管中進行 離心，離心後納米晶以沉澱形式出現在離心管底部，而製備納米晶過程中所引入的各種過 剩物質仍然溶解在上清液中，通過傾析辦法將納米晶沉澱與上清液進行分離，然後將分離 後的納米晶沉澱重新分散在水中後就實現納米晶的提純；C.鹽致水相納米晶的尺寸選擇性提純將含有不同尺寸的納米晶水溶液進行混 合，向該混合溶液中滴加適量的含Na、Mg離子的鹽溶液直到溶液從澄清狀態變為略微渾濁 狀態；將該渾濁溶液進行離心後，在離心管底部的沉澱為尺寸較大的納米晶，離心管中澄清 的上清液為仍然分散在溶液中的尺寸較小的納米晶。通過傾析辦法將離心管中上清液與底 部沉澱分離，然後向已經分離出大尺寸納米晶沉澱的上清液中繼續加入含Na、Mg離子的鹽 溶液直到出現渾濁，離心後小尺寸納米晶也將沉澱在離心管的底部；兩次分離出的納米晶 具有不同尺寸，第一次分離出的沉澱為尺寸較大的納米晶，第二次分離出的沉澱為尺寸較小 的納米晶，這兩種納米晶沉澱都可以重新分散在水中，從而實現了納米晶的尺寸選擇性提純。有益效果本發明涉及的鹽致水相納米晶提純及尺寸選擇性提純技術具有以下優佔.(a)鹽致沉澱技術適用於各種不同濃度水溶性納米晶的提純過程，彌補了傳統方 法無法直接提純低濃度納米晶的不足。(b)鹽致沉澱技術無需抽真空、加熱、旋轉蒸發等操作，避免了繁瑣的預處理工作， 不僅節省時間，也大大降低了提純成本。(c)鹽致沉澱技術以廉價的鹽為沉澱劑，提純過程所需的鹽溶液量較少，納米晶提 純成本還不到傳統方法的0. 02%，對未來納米晶工業化大規模提純過程極為有利。(d)鹽致沉澱技術能夠根據納米晶的尺寸進行選擇性分離，有助於在未來工業化 大規模提純納米晶過程中進行流水線作業，是不同尺寸納米晶在不同階段被提純分離出來。
具體實施例方式本發明所用的各種原料均為分析純試劑。溶劑為高純去離子水。實驗過程中所用 的儀器都用去離子水潤洗三遍後乾燥。(1)合適鹽溶液的配製以水相CdTe納米晶為提純目標時，合適的鹽類有NaCl， NaN03, MgCl2等鹽類物質較為合適，而含Cu2+，Ag+，Hg2+的鹽類容易取代CdTe中的Cd導致 其不適用與提純。在納米晶尺寸選擇性提純過程中，鹽濃度為l-2mol/L為宜。我們配製了1. 76mol/L的MgCl2溶液進行CdTe納米晶的提純與尺寸選擇性提純。具體配製方法如下 取35. 7g MgCl2. 6H20於50ml小燒杯中，加少量去離子水至MgCl2完全溶解後，將溶液轉移 到100mL容量瓶中。再用少量去離子水衝洗小燒杯瓶壁，並將衝洗也轉移到上述容量瓶中。 按此操作反覆衝洗及轉移3次後，用去離子水將容量瓶中溶液定容並將溶液搖勻。(2)鹽致水相納米晶提純技術攪拌下，在5mL水相CdTe納米晶溶液中，緩慢滴加 25ul MgCl2溶液。攪拌5分鐘後將溶液轉移到離心管中，在4000轉/分的轉速下離心10 分鐘。傾析掉溶液後，將所得納米晶沉澱衝洗分散在水中。(3)鹽致水相納米晶的尺寸選擇性提純技術將兩種不同尺寸的水相CdTe納米晶 在50mL小燒杯中等體積混合，攪拌下，在5mL納米晶混合溶液中，緩慢滴加10ul MgCl2溶 液。攪拌5分鐘後將溶液轉移到離心管中，在4000轉/分的轉速下離心10分鐘。將上清 液傾析到另一個小燒杯中，同時將所得納米晶沉澱衝洗分散在水中，從而分離出大尺寸的 納米晶。然後，在所傾析出的上清液中，繼續緩慢滴加13ul MgCl2溶液。攪拌5分鐘後將 溶液轉移到離心管中，在4000轉/分的轉速下離心10分鐘。將所得沉澱分散在水中分離 出小尺寸的納米晶。步驟(1)的小燒杯、容量瓶提前放在乾燥箱中乾燥。在溶解鹽固體時，用一乾淨玻 璃棒進行攪拌。反覆衝洗過程也包括玻璃棒的衝洗。在將小燒杯溶液轉移到容量瓶中時， 用此玻璃棒引導溶液流入容量瓶。步驟(2)中CdTe納米晶按照以下方法製備在500mL的錐形瓶中，向9. 4mL的 0. lmol/L CdCl2溶液、0. 2mL巰基丙酸及170mL去離子水的混合溶液中加入Imol/LNaOH溶 液，調節溶液PH值到9. 1。混合溶液用高純氮氣除氧30分鐘後，注入0. 667mol/L的NaHTe 溶液0. 28mL。繼續攪拌30分鐘後，將溶液在100°C回流4小時。為了保證實驗的精確性，在 納米晶製備過程中加入巰基丙酸用量程為20-220ul的移液器，注入NaHTe用1ml注射針。 在納米晶提純過程中，加入鹽溶液用量程為10-100U1的移液器。步驟(3)中，兩種CdTe納米晶尺寸分別為2. 8nm和4. 4nm。製備納米晶時的回流 時間分別為4小時和20小時。為了保證實驗的精確性，在納米晶提純過程中，加入鹽溶液 用量程為10-100U1的移液器。
權利要求
一種鹽致水相納米晶尺寸選擇性提純的方法，其特徵在於該提純方法如下a.合適鹽溶液的配製通過選擇含Na、Mg離子的鹽，避免鹽與納米晶可能發生的化學反應，同時，根據所提純納米晶濃度及尺寸的不同，配製合適濃度含Na、Mg離子的的鹽溶液，以便實現對不同尺寸納米晶的選擇性分離；b.鹽致水相納米晶提純攪拌下，向含有納米晶的水溶液中滴加含Na、Mg離子的鹽溶液直到納米晶溶液從澄清狀態變為略微渾濁狀態，然後將渾濁溶液轉入離心管中進行離心，離心後納米晶以沉澱形式出現在離心管底部，而製備納米晶過程中所引入的各種過剩物質仍然溶解在上清液中，通過傾析辦法將納米晶沉澱與上清液進行分離，然後將分離後的納米晶沉澱重新分散在水中後就實現納米晶的提純；c.鹽致水相納米晶的尺寸選擇性提純將含有不同尺寸的納米晶水溶液進行混合，向該混合溶液中滴加適量的含Na、Mg離子的鹽溶液直到溶液從澄清狀態變為略微渾濁狀態；將該渾濁溶液進行離心後，在離心管底部的沉澱為尺寸較大的納米晶，離心管中澄清的上清液為仍然分散在溶液中的尺寸較小的納米晶；通過傾析辦法將離心管中上清液與底部沉澱分離，然後向已經分離出大尺寸納米晶沉澱的上清液中繼續加入含Na、Mg離子的鹽溶液直到出現渾濁，離心後小尺寸納米晶也將沉澱在離心管的底部；兩次分離出的納米晶具有不同尺寸，第一次分離出的沉澱為尺寸較大的納米晶，第二次分離出的沉澱為尺寸較小的納米晶，這兩種納米晶沉澱都可以重新分散在水中，從而實現了納米晶的尺寸選擇性提純。
全文摘要
一種鹽致水相納米晶尺寸選擇性提純的方法，涉及一種新型的利用鹽提純水相納米晶的新技術，並涉及利用鹽致提純方法對不同尺寸的水相納米晶進行選擇性分離。該提純方法如下a.合適鹽溶液的配製b.鹽致水相納米晶提純c.鹽致水相納米晶的尺寸選擇性提純；本發明針對傳統的醇致納米晶提純技術所面臨的問題提供了一種鹽致水相納米晶尺寸選擇性提純的方法，該方法不僅操作簡單，成本也極低，在未來納米晶工業化大批量提純中具有廣闊的應用前景。
文檔編號C01B19/04GK101857205SQ20101015833
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月27日 優先權日2010年4月27日
發明者崔一平, 徐淑宏, 方敏, 王春雷 申請人:東南大學