一种单分散硫化锑量子点的制备方法

摘要

本发明属于化合物半导体纳米材料制备技术领域，涉及一种单分散硫化锑量子点的制备方法，合成路线是按照以下方式进行的：硫代乙酰胺和乙酸锑分别溶于一种有机溶剂，先加热硫代乙酰胺溶液，然后快速加入乙酸锑溶液并快速冷却，通过上述两者快速反应合成获得硫化锑量子点并密封保存，制备的单分散硫化锑量子点分散性好，能在常见溶剂例如去离子水、乙醇、乙二醇甲醚、二氯甲烷等溶剂中形成较稳定的分散液，因此该硫化锑量子点可与低成本的喷墨打印、旋涂、喷涂等技术兼容，实现器件化应用。

权利要求

1.一种 单分散硫化锑量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将硫源溶于有机醇溶液中，配置成0.06 0.5mol/L的硫源溶液；

~

B、将锑盐溶于有机酸溶液中，配置成0.08 0.5mol/L的锑盐溶液；

~

C、取10 50ml步骤A配制的硫源溶液中加入0.2 2ml二乙醇胺稳定剂、0.1 2mmol络合~ ~ ~剂、0.1 2mmol阴离子表面活性剂和与阴离子表面活性剂等物质量的阳离子表面活性剂，置~于60 150℃的保温装置中进行保温，得到硫源混合溶液；

~

D、将步骤C制得的硫源混合溶液密封后进行磁力搅拌，搅拌速度为350 800r/min，搅拌~时间为5 20min；

~

E、将步骤B制备的锑盐溶液加入至步骤D搅拌后的硫源混合溶液中，为了使混合溶液中Sb3+反应充分，要确保溶液中Sb3+与S2-的物质的量之比＜1.5，继续搅5s 60min后，将混合均~匀的溶液混合物从保温装置中迅速取出后快速冷却；

F、将步骤E快速冷却后的溶液混合物取出后离心分离，取出沉淀物，将沉淀物置于有机溶剂中进行洗涤和离心，获得分散于有机溶剂的硫化锑量子点并密封保存，其中离心速度为15000r/min。

2.如权利要求1所述的单分散硫化锑量子点的制备方法，其特征在于，步骤A中有机醇溶液为乙二醇甲醚，步骤B中有机酸溶液为冰乙酸。

3.如权利要求2所述的单分散硫化锑量子点的制备方法，其特征在于，步骤C中硫源为硫代乙酰胺，锑盐为乙酸锑，稳定剂为二乙醇胺，络合剂为乙二胺四乙酸，阴、阳离子表面活性剂分别为十二烷基磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵。

4.如权利要求3所述的单分散硫化锑量子点的制备方法，其特征在于，步骤F中将沉淀物依次置于二氯甲烷、丙酮、无水乙醇中进行洗涤。

说明书

一种单分散硫化锑量子点的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于化合物半导体纳米材料制备技术领域，涉及一种单分散硫化锑量子点的制备方法。

背景技术

[0002] 当前能源问题变得越来越迫切，而太阳能作为一种清洁能源具有很大的发展潜力，合理的利用太阳能能有效的缓解能源问题，而太阳能电池作为合理利用太阳能的典型代表经过多年的发展已经历经了好几代，也取得了很大的突破，目前迅速发展的第三代太阳能电池主要有染料敏化太阳电池和有机电池，有机电池的光电转化效率目前已经超10％，电池结构简单且能通过卷对卷的方式做成薄膜状具有很大的工业化前景，但是有机电池目前在稳定性方面受到很大的限制，而且它也受限于电池效率的理想极限值。染料敏化太阳能电池目前达到的最高效率超过了12％，染料敏化电池是一种三明治结构的电池，典型的敏化剂是N719。N719 在可见光部分具有较强的吸收，但是吸光范围有限，而且N719是一种钌配合物，钌属于稀有金属，染料制作过程复杂，所以有所限制。

[0003] 量子点是指三个维度上的尺寸都不大于其对应的半导体材料的激子玻尔半径两倍的零维材料，一般尺寸＜20nm，可以广泛应用于发光与显示、生物传感器、生物标记和太阳能电池等领域，是一类重要的光学和光电子纳米半导体材料。硫化锑量子点作为一种优异敏化剂材料，在量子点敏化太阳能能电池中具有良好的应用。此外。硫化锑量子点作为P-I-N异质结太阳能电池的中间能带层，可以有效提高太阳能电池的效率。

[0004] 硫化锑量子的良好应用前景对其制备技术提出了较高的要求，一方面要求量子点的质量优良，包括要求尺寸分布均匀，物理化学稳定性良好，另一方面需要简单低成本和可以大规模生产的合成方法。目前存在少数硫化锑量子点的合成技术，如文献“Mishra,R.K.,Vedeshwar,A.G.,&Tandon,R.P.(2013).Sb2s3quantum  dots:diffusion‐controlled growth and characterization.physica status solidi(RRL)- Rapid Research Letters,7(11),975-979.”报道了一种在1100℃高温炉内，利用固相沉积于玻璃衬底的方法。又如文献“Kim,K.,Jung,K.,Lee,M.J.,&Ahn,J.M.(2016). Effect of processing parameters on photovoltaic properties of sb2s3quantum  dot-sensitised inorganic-organic heterojunction solar cells.International Journal of  Nanotechnology,13(4/5/6),345.”报道了采用化学水浴(CBD)在多孔氧化钛上沉积硫化锑量子点的方法。此外，还有一些类似的报道，原理和操作基本类似，都是将量子点沉积于某些特定的衬底材料上，而不是单分散的硫化锑量子点。因此，硫化锑量子点应用过程中，无法与低成本、大面积的生产技术，如喷墨打印、丝网印刷、卷对卷生产等技术兼容。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明为了解决上述硫化锑量子点应用过程中存在的问题，提供一种单分散硫化锑量子点的制备方法。

[0006] 为达到上述目的，本发明提供一种单分散硫化锑量子点的制备方法，包括以下步骤：

[0007] A、将硫源溶于有机醇溶液中，配置成0.06～0.5mol/L的硫源溶液；

[0008] B、将锑盐溶于有机酸溶液中，配置成0.08～0.5mol/L的锑盐溶液；

[0009] C、取10～50ml步骤A配制的硫源溶液中加入0.2～2ml稳定剂、0.1～2mmol 络合剂、0.1～2mmol阴离子表面活性剂和与阴离子表面活性剂等物质量的阴阳离子表面活性剂，置于60～150℃的保温装置中进行保温，得到硫源混合溶液；

[0010] D、将步骤C制得的硫源混合溶液密封后进行磁力搅拌，搅拌速度为 350～800r/min，搅拌时间为5～20min；

[0011] E、将步骤B制备的锑盐溶液加入至步骤D搅拌后的硫源混合溶液中，为了使混合溶液中Sb3+反应充分，要确保溶液中Sb3+与S2-的物质的量之比＜1.5，继续搅5s～60min后，将混合均匀的溶液混合物从保温装置中迅速取出后快速冷却；

[0012] F、将步骤E快速冷却后的溶液混合物取出后离心分离，取出沉淀物，将沉淀物置于有机溶剂中进行洗涤和离心，获得分散于有机溶剂的硫化锑量子点并密封保存，其中离心速度为15000r/min。

[0013] 进一步，步骤A中有机醇溶液为乙二醇甲醚，步骤B中有机酸溶液为冰乙酸。

[0014] 进一步，步骤C中硫源为硫代乙酰胺，锑盐为乙酸锑，稳定剂为二乙醇胺，络合剂为乙二胺四乙酸，阴阳离子表面活性剂分别为十二烷基磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵。

[0015] 进一步，步骤F中将沉淀物依次置于二氯甲烷、丙酮、无水乙醇中进行洗涤。

[0016] 本发明的有益效果在于：

[0017] 1、本发明一种单分散硫化锑量子点的制备方法制备单分散硫化锑量子点所使用的设备简单，所有材料均为常见化学药品和试剂，合成成本低。

[0018] 2、本发明一种单分散硫化锑量子点的制备方法制备单分散硫化锑量子点的过程中不产生对自然界及人类影响较大的有毒有害物质，对环境友好。

[0019] 3、本发明一种单分散硫化锑量子点的制备方法制备单分散硫化锑量子点分散性好，能在常见溶剂例如去离子水、乙醇、乙二醇甲醚、二氯甲烷等溶剂中形成较稳定的分散液。因此该硫化锑量子点可与低成本的喷墨打印、旋涂、喷涂等技术兼容，实现器件化应用。

[0020] 4、本发明一种单分散硫化锑量子点的制备方法制备单分散硫化锑量子点表面由二乙醇胺包覆钝化，稳定性好，可在大气环境下存放、操作和使用。

[0021] 5、本发明一种单分散硫化锑量子点的制备方法制备单分散硫化锑量子点作为一种优异敏化剂材料，在量子点敏化太阳能能电池中具有良好的应用。此外。硫化锑量子点作为P-I-N异质结太阳能电池的中间能带层，可以有效提高太阳能电池的效率。

附图说明

[0022] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

[0023] 图1为本发明硫化锑量子点分散液示意图；

[0024] 图2为本发明硫化锑量子点的透射电子显微镜图；

[0025] 图3为本发明硫化锑量子点的X射线衍射图谱。

具体实施方式

[0026] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

[0027] 实施例1：

[0028] 一种单分散硫化锑量子点的制备方法，包括以下步骤：

[0029] A、将硫代乙酰胺溶于乙二醇甲醚中，配置成0.15mol/L的溶液；

[0030] B、将乙酸锑溶于冰乙酸中，配置成0.25mol/L的溶液；

[0031] C、将磁力搅拌恒温油浴锅加热至120℃后进行保温；

[0032] D、取30ml步骤A所述硫代乙酰胺溶液转移到圆底烧瓶，依次加入0.6ml 二乙醇胺、0.6mmol乙二胺四乙酸、0.5mmol十二烷基硫酸钠和0.5mmol十六烷基三甲基溴化铵，将圆底烧瓶置于磁力搅拌恒温油浴锅中；

[0033] E、将步骤D配置好的混合物中加入Ф6×25mm的搅拌子，圆底烧瓶瓶口用橡胶塞密封，并以650r/min的速度进行磁力搅拌，5min后形成均一、稳定的溶液；

[0034] F、打开圆底烧瓶瓶口上的橡胶塞，加入0.5ml步骤B配置的乙酸锑溶液，继续搅2min后，溶液呈亮黄色，将圆底烧瓶从油浴锅迅速取出，放入事先准备好的冰水浴中进行快速冷却；

[0035] G、将圆底烧瓶中的混合液体倒出，在15000r/min的转速下离心，获得的沉淀物，然后依次用二氯甲烷、丙酮、无水乙醇依次进行洗涤和15000r/min的转速下离心分离；

[0036] H、将最终获得的沉淀物，即硫化锑量子点分散于乙醇、乙二醇甲醚或二氯甲烷等溶剂并密封保存。

[0037] 实施例2：

[0038] 实施例2与实施例1的区别在于：

[0039] 步骤C中将磁力搅拌恒温油浴锅加热至60℃后进行保温；

[0040] 步骤F中打开圆底烧瓶瓶口上的橡胶塞后，加入0.5ml按步骤B方法配置的乙酸锑溶液，继续搅15min后，溶液呈亮黄色，将圆底烧瓶从油浴锅迅速取出，放入事先准备好的冰水浴中进行快速冷却。

[0041] 实施例3：

[0042] 实施例3与实施例1的区别在于：

[0043] 步骤C中将磁力搅拌恒温油浴锅加热至150℃后进行保温；

[0044] 步骤F中打开圆底烧瓶瓶口上的橡胶塞后，加入0.5ml按步骤B方法配置的乙酸锑溶液，继续搅25min后，溶液呈亮黄色，将圆底烧瓶从油浴锅迅速取出，放入事先准备好的冰水浴中进行快速冷却。

[0045] 实施例4：

[0046] 实施例4与实施例1的区别在于：

[0047] 步骤A中将硫代乙酰胺溶于乙二醇甲醚，配置成0.06mol/L的溶液；

[0048] 步骤B中将乙酸锑溶于冰乙酸，配置成0.08mol/L的溶液；

[0049] 步骤F中打开圆底烧瓶瓶口上的橡胶塞后，加入0.5ml按步骤B方法配置的乙酸锑溶液，继续搅60min后，溶液呈淡黄色，将圆底烧瓶从油浴锅迅速取出，放入事先准备好的冰水浴中进行快速冷却。

[0050] 实施例5：

[0051] 实施例5与实施例1的区别在于：

[0052] 步骤A中将硫代乙酰胺溶于乙二醇甲醚，配置成0.5mol/L的溶液；

[0053] 步骤B中将乙酸锑溶于冰乙酸，配置成0.5mol/L的溶液；

[0054] 步骤F中打开圆底烧瓶瓶口上的橡胶塞后，加入0.5ml按步骤B方法配置的乙酸锑溶液，继续搅30min后，溶液呈亮黄色，将圆底烧瓶从油浴锅迅速取出，放入事先准备好的冰水浴中进行快速冷却。

[0055] 实施例6：

[0056] 实施例6与实施例2的区别在于：

[0057] 步骤D中取50ml步骤1所述硫代乙酰胺溶液转移到圆底烧瓶，依次加入2ml 二乙醇胺，2mmol乙二胺四乙酸，2mmol十二烷基硫酸钠和2mmol十六烷基三甲基溴化铵。

[0058] 实施例7：

[0059] 实施例7与实施例3的区别在于：

[0060] 步骤D中取10ml步骤1所述硫代乙酰胺溶液转移到圆底烧瓶，依次加入 0.2ml二乙醇胺，0.1mmol乙二胺四乙酸，0.1mmol十二烷基硫酸钠和0.1mmol 十六烷基三甲基溴化铵。

[0061] 表一为实施例1～7所制备的硫化锑量子点粒径大小数据

[0062] 表一

[0063]

[0064] 图1从左到右依次为实施例1、实施例2和实施例3所制备的硫化锑量子点分散液示意图，由此可以看出磁力搅拌恒温油浴锅加热温度与磁力搅拌机的搅拌时间对混合溶液的明亮程度有影响。图2为实施例1中硫化锑量子点的透射电子显微镜图，硫化锑量子点呈规则的排列，晶格条纹清晰，说明硫化锑量子点呈单晶结构。图3为实施例1中硫化锑量子点的X射线衍射图谱，可以看到硫化锑量子点X射线衍射图谱与PDF卡号730393一致，表明其具有一定的结晶度。

[0065] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。