窄尺寸分布的硒化鎘納米晶組裝體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種窄尺寸分布的硒化鎘納米晶組裝體的制備方法，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(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)停止后，降溫至室溫，控制降溫速率5-30℃/min；將產(chǎn)物分離，收集下層沉淀；再用異丙醇溶液與沉淀混合，繼續(xù)分離，收集下層沉淀；將沉淀溶于甲苯溶劑中，從而得到窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體。該方法優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)物穩(wěn)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(zhuǎn)換效率。為其他的有機(jī)相納米晶組裝體的制備提供了新的思路，也為納米材料的商業(yè)化應(yīng)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制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于納米材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種制備窄尺寸分布的硒化鎘納米晶組 裝體的方法，該組裝體可用于制備光伏器件。

【背景技術(shù)】
[0002] 硒化鎘（CdSe)是一種著名的II -VI族半導(dǎo)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(duì)于其他材料，能吸 收更多的光子，使光伏器件的效率得到提升（黃江.有機(jī)太陽(yáng)能電池的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)等效 電路和多重電荷分離界面研宄.電子科技大學(xué)，2012.)。通常情況下，CdSe是一種η型半 導(dǎo)體，而P型CdSe半導(dǎo)體也通過分子束外延技術(shù)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(jīng)成為納 米材料電子和光學(xué)性能研宄領(lǐng)域中的經(jīng)典體系，這主要?dú)w功于能夠通過較簡(jiǎn)便的方法得 到高質(zhì)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.)。由于大多數(shù)的器件應(yīng)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(diǎn)。Yu等人在這一領(lǐng)域取得了明顯 的進(jìn)展。他們通過改變反應(yīng)溫度，升溫速率，原料配比等反應(yīng)參數(shù)，研宄了窄尺寸分布的 CdSe納米晶的生長(zhǎng)機(jī)理結(jié)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(guān)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.)。由于納米晶具備特殊的光學(xué)、電學(xué)、磁 和催化性質(zhì)，使之在生物診斷和治療、能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換、環(huán)境監(jiān)測(cè)和治理和光伏器件等方面 有著潛在的應(yīng)用。但是因?yàn)榧{米晶的尺寸限制，徹底實(shí)現(xiàn)上述應(yīng)用的商業(yè)化幾乎是不可能 的。為了克服尺寸的限制，實(shí)現(xiàn)納米材料的大規(guī)模應(yīng)用，使納米晶自組裝成大的有序的組裝 體，并且應(yīng)用現(xiàn)代制造技術(shù)將組裝體集成為功能化的器件，被認(rèn)為由微觀材料向介觀甚至 宏觀器件邁進(jìn)的一條可能途徑（孟令镕，彭卿，周和平等.從納米晶到三維超晶格結(jié)構(gòu)，高 等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2011，32 (3)，429-436.)。研宄表明，相對(duì)于納米晶，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(yīng)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(duì)于水相合成的納米晶，有機(jī)相合成的納米晶的配體難以調(diào)控，較難發(fā)生組裝。而 窄尺寸分布的納米晶通常就在有機(jī)相中合成的，但是還沒有報(bào)道窄尺寸分布的納米晶組裝 體，原因是有機(jī)相中配體難以調(diào)控，導(dǎo)致納米晶表面穩(wěn)定不易組裝。為了解決這個(gè)問題，我 們參考了 Yu等人的方法，在有機(jī)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(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)的有機(jī)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(fā)出一種制備窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體的方法，這一發(fā) 明也為有機(jī)相的組裝提供了新的思路。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種窄尺寸分布的硒化鎘納米晶組裝體的制備方法，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(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)停止后，降溫至室溫，控制降溫速率5-30°C /min ;將產(chǎn)物分離， 收集下層沉淀；再用異丙醇溶液與沉淀混合，繼續(xù)分離，收集下層沉淀；將沉淀溶于甲苯溶 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(huán)抽真空，除去水分和空氣，然后升溫。
[0009] 所述的反應(yīng)時(shí)間為10-60min。
[0010] 所述的分離采用離心機(jī)離心分離。
[0011] 相對(duì)于傳統(tǒng)的納米晶組裝體制備方法，該方法優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)周期短，產(chǎn) 物穩(wěn)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(zhuǎn)換效率。這使得制備的產(chǎn)物有望應(yīng)用到太陽(yáng)能電池、光探測(cè)器等光伏器件上。這種制備 方法為其他的有機(jī)相納米晶組裝體的制備提供了新的思路，也為納米材料的商業(yè)化應(yīng)用提 供了可能。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0012] 圖1為實(shí)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(shí)施例1中的窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體的熒光發(fā)射光譜。
[0014] 圖3為實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施方式】
[0017] 下面給出本發(fā)明的3個(gè)實(shí)施例，是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的 范圍。
[0018] 實(shí)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，并給三口瓶安裝冷凝回流裝置。通入惰性氣體，并循環(huán)抽真 空5次，以除去多余的水分和空氣。惰性氣體保護(hù)下升溫到200°C，在200°C使反應(yīng)60min。 停止反應(yīng)，控制降溫速率為5°C /min。將粗產(chǎn)物使用高速離心機(jī)10000r/min離心，收集下 層沉淀。再用異丙醇溶液與沉淀混合，繼續(xù)用高速離心機(jī)l〇〇〇〇r/min離心，收集下層沉淀。 將沉淀溶于甲苯溶劑中，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(gè)窄而尖銳的發(fā)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。類似的證明見熒光發(fā)射光譜（圖2)，發(fā) 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(shí)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，并給三口瓶安裝冷凝回流裝置。通入惰性氣體，并循環(huán)抽真 空5次，以除去多余的水分和空氣。惰性氣體保護(hù)下升溫到250°C，在250°C使反應(yīng)30min。 停止反應(yīng)，控制降溫速率為15°C /min。將粗產(chǎn)物使用高速離心機(jī)10000r/min離心，收集下 層沉淀。再用異丙醇溶液與沉淀混合，繼續(xù)用高速離心機(jī)l〇〇〇〇r/min離心，收集下層沉淀。 將沉淀溶于甲苯溶劑中，，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，這種組裝體前后兩面均為等邊三角形。
[0022] 實(shí)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，并給三口瓶安裝冷凝回流裝置。通入惰性氣體，并循環(huán)抽真 空5次，以除去多余的水分和空氣。惰性氣體保護(hù)下升溫到300°C，在300°C使反應(yīng)10min。 停止反應(yīng)，控制降溫速率為30°C /min。將粗產(chǎn)物使用高速離心機(jī)10000r/min離心，收集下 層沉淀。再用異丙醇溶液與沉淀混合，繼續(xù)用高速離心機(jī)l〇〇〇〇r/min離心，收集下層沉淀。 將沉淀溶于甲苯溶劑中，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。這種組裝體前后兩面均為等邊三角形。
【權(quán)利要求】
1. 一種窄尺寸分布的硒化鎘納米晶組裝體的制備方法，其特征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(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)停止后，降溫至室溫，控制降溫速率5-30°C /min ;將產(chǎn)物分離， 收集下層沉淀；再用異丙醇溶液與沉淀混合，繼續(xù)分離，收集下層沉淀；將沉淀溶于甲苯溶 劑中，從而得到窄尺寸分布的CdSe納米晶組裝體。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是硬脂酸鎘與硒粉的摩爾比為2?4:1。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是硬硬脂酸鎘在十八烯中的濃度為10-20mmol/L。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是通入惰性氣體，先循環(huán)抽真空，除去水分和空 氣，然后升溫。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是反應(yīng)時(shí)間為10_60min。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是分離采用離心機(jī)離心分離。
【文檔編號(hào)】C01B19/04GK104495759SQ201410669154
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】封偉, 張博, 沈永濤 申請(qǐng)人:天津大學(xué)