一种锰掺杂硒化锌量子点及其制备方法、应用与流程

本发明涉及量子点制备，尤其涉及一种锰掺杂硒化锌量子点及其制备方法、应用。

背景技术：

1、量子点（quantum dots，qds）是一种三维尺寸均在纳米尺度（通常1-10nm）范围内的半导体纳米晶体，由于其量子限域效应（quantum confinementeffect），展现出优异的光学性质，包括尺寸可调的发射波长、窄且对称的发射光谱、宽且连续的吸收光谱、高光化学稳定性以及高荧光量子产率等。这些独特的光学特性使量子点在生物成像、疾病诊断、显示技术（qled）、太阳能电池、光催化及传感器等领域展现出广阔的应用前景。

2、为了拓展znse量子点的发射波长范围并提升其发光性能，研究人员发展了过渡金属离子掺杂策略。其中，锰离子（mn2+）掺杂是一种行之有效的方法。mn2+的4t1→6a1跃迁产生位于约580-600 nm的橙色-红光发射，这一波段恰好位于生物组织的光学窗口之内，具有极佳的生物组织穿透性和较低的背景荧光干扰。此外，mn2+掺杂发光的机制与量子限域效应无关，使得发光波长对量子点尺寸变化的敏感性降低，有利于获得更稳定的发光性能。

3、在mn掺杂量子点中，能量从宿主半导体的激子态向mn2+的d-d跃迁态的传递效率直接决定了最终的荧光量子产率。然而，能量传递过程受到多种因素的制约，包括mn2+在晶格中的分布均匀性、宿主材料的晶体质量、表面缺陷密度等。长期以来，无添加剂调控的znse:mn量子点的量子产率（qy）仅能维持在70%左右，即使采用成核掺杂等先进策略，最高qy也仅能达到83.3%（scientific reports，2022，“znse:mn2+/zns core/shell quantum dots”）。这一数值与国际上普遍认为的实用化阈值（qy≥90%）仍有显著差距，更无法与高性能镉基量子点相媲美。行业内在长达十余年的研究中始终未能突破85%的性能阈值，qy天花板效应成为制约znse:mn量子点实际应用的核心障碍。

4、因此，现有技术还有待于进一步的发展和提升。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出一种锰掺杂硒化锌量子点及其制备方法、应用，旨在解决现有技术中锰掺杂硒化锌量子点的量子产率低的问题。具体技术方案如下：

2、第一方面，一种锰掺杂硒化锌量子点的制备方法，其中，包括以下步骤：

3、s1、将锌前驱体、锰前驱体与离子氛围调控剂混合，在惰性氛围下升温至300-310℃，注入硒前驱体进行成核反应，得到锰掺杂的硒化锌核；所述离子氛围调控剂为碱金属卤化物；

4、s2、分步注入所述锌前驱体，在200-260℃下进行硒化锌内层壳的外延生长；

5、s3、注入所述锌前驱体，并加入硫源和长链烷基配体，升温至310-330℃生长zns外层壳，所述硫源包括：烷基硫醇、有机硫配体中的一种或多种，同时能作为配体调控壳层生长；所述长链烷基配体包括：硬脂酸、油胺、油酸、十八烯。

6、以下作为本发明的优选技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好地达到和实现本发明的目的和有益效果。

7、作为优选的技术方案，所述的制备方法，其中，所述硫源选自辛硫醇、正十二硫醇、三丁基膦硫、三辛基膦硫。

8、作为优选的技术方案，所述的制备方法，其中，所述离子氛围调控剂的总用量与所述锰前驱体的质量比为0.5-2。

9、作为优选的技术方案，所述的制备方法，其中，所述锰前驱体：锌前驱体的投料摩尔比为1.5%-20%。

10、作为优选的技术方案，所述的制备方法，其中，所述所述锰前驱体：锌前驱体的投料摩尔比为1.5%-20%。

11、第二方面，一种锰掺杂硒化锌量子点，其中，所述锰掺杂硒化锌量子点采用上述所述的制备方法制备得到；所述锰掺杂硒化锌量子点具有mn:znse/znse/zns核壳结构，其荧光量子产率 ≥ 98%。

12、第三方面，一种上述所述的锰掺杂硒化锌量子点在制备荧光探针领域中的应用。

13、有益效果，与现有技术相比，本发明通过离子氛围调控与多功能复合配体系统的协同作用，成功将znse:mn量子点的荧光量子产率从现有技术最高83.3%提升至≥98%，相对提升幅度达17.6%，绝对提升14.7个百分点。使得无镉znse:mn量子点在发光效率上首次达到了与高性能镉基量子点相媲美的水平，为其在高端显示、生物医用等领域的实际应用奠定了基础。

1.一种锰掺杂硒化锌量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫源选自辛硫醇、正十二硫醇、三丁基膦硫和三辛基膦硫中的任一种或多种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子氛围调控剂的总用量与所述锰前驱体的质量比为0.5-2。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锰前体：锌前体的投料摩尔比为1.5%-20%。

5. 一种锰掺杂硒化锌量子点，其特征在于，所述锰掺杂硒化锌量子点采用权利要求1-4所述的制备方法制备得到；所述锰掺杂硒化锌量子点具有mn:znse/znse/zns的核壳结构，其荧光量子产率≥ 98%。

6.一种权利要求5所述的锰掺杂硒化锌量子点在制备荧光探针领域中的应用。