一种合成超小尺寸CdSe和CdTe纳米晶的方法

技术领域

本发明属于半导体纳米晶合成方法技术领域，特别涉及一种简单的合成超稳定和超小尺寸(1-2nm)半导体纳米晶的方法。

背景技术

在过去的十多年，半导体胶体纳米晶在基础研究和应用研究上引起了人们广泛的重视。国内外著名的研究小组，如麻省理工学院的Bawendi小组，加州大学的Alivisatos小组和清华大学的李亚栋小组等，都在该方向上有出色的研究工作。但是他们的研究几乎全集中在常规尺寸(大于2nm)的半导体纳米晶。最近的研究发现超小尺寸(1-2nm)的半导体纳米晶(英文命名为magic-sizedsemiconductor nanocrystals)具有完全不同于常规尺寸的性质，例如发白光。因此，超小尺寸纳米晶可以用来制作白光光源，具有广泛的工业应用前景。众所周知，要实现其工业应用，合成高质量的该类纳米晶就成为首要任务。但是，相对于常规尺寸的半导体纳米晶，超小尺寸半导体纳米晶的合成方法寥寥无几，尤其是超小尺寸CdTe纳米晶的合成尚未见报道，而且存在诸多缺点。

以前合成超小尺寸CdSe纳米晶的方法包括：

刻蚀法：先合成大尺寸的CdSe纳米晶，再通过腐蚀的途径将其腐蚀成超小尺寸的纳米晶。缺点：尺寸单一(1.5nm，对应的带边吸收峰为414nm)，热稳定性差。

反胶束法，缺点：尺寸单一、热稳定极差。

高温法，缺点：尺寸单一、热稳定极差、不易重复。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服背景技术的缺点，设计出一种简单的合成超小尺寸半导体纳米晶的方法。该方法重复性好，对环境友好；合成出来的超小尺寸纳米晶热稳定性好、缺陷少、可发白光。

本发明合成超小尺寸半导体胶体纳米晶的方法，是在无氧无水和氩气或氮气保护的schlenk系统中进行的，采用油酸和三辛基氧化磷分别作为Cd和Se的配体，在100-250℃的苯基醚溶液中合成的。

具体的工艺过程可以分为Se或Te溶液的制备、Cd溶液的制备和纳米晶的合成。Se或Te溶液的制备是，将Se粉或Te粉与三辛基磷混合在惰性气体保护下常温搅拌1-3小时，Se粉或Te粉加入量为0.02-0.08mol/kg；Cd溶液的制备是，将CdO粉、油酸和苯基醚装入容器，在氩气或氮气气氛下搅拌并加热使形成透明的Cd溶液，加入油酸的量为0.1-1.5mol/kg；Se或Te粉与CdO粉的摩尔比为0.2-5，Se或Te溶液与Cd溶液的质量比为0.2-1；纳米晶的合成是，在注射温度130-250℃下将Se或Te溶液注射进Cd溶液，同时降温至生长温度100-220℃，在生长温度下合成0.2-300分钟，制得超小尺寸的CdSe或CdTe纳米晶。

在Cd溶液的制备中，形成透明的Cd溶液的最高温度大约在250℃。

制备过程中，油酸的浓度对CdSe和CdTe纳米晶稳定性影响较大，油酸的浓度范围在0.1-1.5mol/kg，最佳浓度范围在0.15-0.75mol/kg。

不同生长时间对粒度和稳定性基本没有影响，生长温度越高越利于发白光。

通过在空气搁置实现CdSe纳米晶的尺寸在1-2nm的范围内连续可调，搁置时间在0-20个月。

发白光的方法可以有以下方式：(1)在较高的温度(如200℃)下生长一段时间；(2)将超小尺寸的CdSe纳米晶在室温搁置一段时间。

本发明的合成方法不但可以合成超小尺寸CdSe纳米晶，还成功地用于超小尺寸CdTe纳米晶的合成，从而证明了本发明方法的通用性。所得的纳米晶缺陷少、热稳定性好，在常温下能被保存至少一年半的时间；此外，我们还得到了带边吸收峰在414nm以外的超小尺寸CdSe纳米晶，从而实现了超小尺寸CdSe纳米晶的尺寸调节，这在以前是不能实现的；因此，本发明的合成方法不但在科学研究中有非常大的优势，而且在实际应用上具有很大的潜力。

附图说明

图1是在不同生长时间获得的超小尺寸CdSe纳米晶的吸收光谱图。

图2是合成的超小尺寸CdSe纳米晶的发光光谱图。

图3是合成后的超小尺寸CdSe纳米晶在室温搁置19个月的吸收光谱图。

图4是合成后的超小尺寸CdSe纳米晶在室温搁置19.5个月的吸收光谱图。

图5是合成后的超小尺寸CdSe纳米晶在室温搁置20个月的吸收光谱图。

图6是在190℃的生长温度下生长20分钟得到的CdSe纳米晶发白光示意图。

图7是在室温搁置19个月后的超小尺寸CdSe纳米晶发白光示意图。

图8是在不同反应时间获得的超小尺寸CdTe纳米晶的吸收光谱图。

图9是用于合成超小尺寸CdSe或CdTe纳米晶的Schlenk系统结构示意图。