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JP7848909B2 - Quantum dot aggregate - Google Patents
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JP7848909B2 - Quantum dot aggregate - Google Patents

Quantum dot aggregate

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JP7848909B2 JP2025024926A JP2025024926A JP7848909B2 JP 7848909 B2 JP7848909 B2 JP 7848909B2 JP 2025024926 A JP2025024926 A JP 2025024926A JP 2025024926 A JP2025024926 A JP 2025024926A JP 7848909 B2 JP7848909 B2 JP 7848909B2
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Description

本発明は,間接遷移する量子ドットを含む量子ドット集合体に関する。 This invention relates to a quantum dot assembly containing quantum dots undergoing indirect transitions.

量子ドットは、数百~数千個程度の原子から構成された、粒径が数nm~数十nm程度のナノ粒子である。量子ドットは、蛍光ナノ粒子、半導体ナノ粒子、または、ナノクリスタルとも呼ばれる。 Quantum dots are nanoparticles composed of hundreds to thousands of atoms, with a particle size of several nanometers to tens of nanometers. Quantum dots are also known as fluorescent nanoparticles, semiconductor nanoparticles, or nanocrystals.

量子ドットは、ナノ粒子の粒径や組成によって、発光波長を種々変更することができる。また,量子ドットの性能を表すものとして、蛍光量子収率(Quantum Yield:QY)、蛍光半値幅(Full Width at Half Maximum:FWHM)や吸収波長、蛍光波長が挙げられる。 Quantum dots can have their emission wavelengths varied depending on the particle size and composition of the nanoparticles. Furthermore, the performance of quantum dots can be expressed by their fluorescence quantum yield (QY), fluorescence full width at half maximum (FWHM), absorption wavelength, and fluorescence wavelength.

下記の特許文献や、非特許文献には、AgBiS量子ドットをもちいた太陽電池に関する記載がされている。 The following patent and non-patent documents describe solar cells using AgBiS2 quantum dots.

特開2017-28267号公報Japanese Patent Publication No. 2017-28267

ACS Applied Nano Materials, 2020, 3, 5, pp 4014 Cubic AgBiS2 Colloidal Nanocrystals for Solar CellsACS Applied Nano Materials, 2020, 3, 5, pp 4014 Cubic AgBiS2 Colloidal Nanocrystals for Solar Cells Nature Photonics, 2016, 10, pp 521 Solution-processed solar cells based on environmentally friendly AgBiS2 nanocrystalsNature Photonics, 2016, 10, pp 521 Solution-processed solar cells based on environmentally friendly AgBiS2 nanocrystals J. Mater. Chem. C, 2018, 6, pp 731 Enhanced optoelectronic performance in AgBiS2 nanocrystals obtained via an improved amine-based synthesis routeJ. Mater. Chem. C, 2018, 6, pp 731 Enhanced optoelectronic performance in AgBiS2 nanocrystals obtained via an improved amine-based synthesis route

しかしながら、銀ビスマスカルコゲニド量子ドットの実用化に即した研究開発は、報告されていない。例えば、上記の非特許文献1~3や特許文献1に記載された銀ビスマスカルコゲニド量子ドットの合成においては、硫黄源としてS(TMS)(ヘキサメチルジシラチアン)を用いているが、これは大気下で使用した際に、空気中の水分と容易に反応し、有毒なHSを放出する試薬である。 However, no research and development activities related to the practical application of silver bismuth chalcogenide quantum dots have been reported. For example, in the synthesis of silver bismuth chalcogenide quantum dots described in Non-Patent Documents 1-3 and Patent Document 1, S(TMS) 2 (hexamethyldisilatian) is used as a sulfur source, but this is a reagent that readily reacts with moisture in the air when used in the atmosphere, releasing toxic H2S .

上記のような背景から,シンプルで、且つ、取り扱い容易な原料を用いた、量産可能な方法による銀ビスマスカルコゲニド量子ドットの合成、および、そのような方法により合成された銀ビスマスカルコゲニド量子ドットの物性解明が強く求められている。 Given the above background, there is a strong need for the synthesis of silver-bismuth chalcogenide quantum dots using simple and easily handled raw materials, and for a method that allows for mass production, as well as for the elucidation of the physical properties of silver-bismuth chalcogenide quantum dots synthesized by such a method.

本発明は,かかる点に鑑みてなされたものであり、粒子径の均一化を図ることができる銀ビスマスカルコゲニド量子ドットを含む量子ドット集合体を提供することを目的とする。 This invention has been made in view of the above points, and aims to provide a quantum dot assembly containing silver bismuth chalcogenide quantum dots that can achieve uniform particle size.

また、本発明は、シンプルで、且つ、安全性が高く、また、取り扱い容易な原料を用いた銀ビスマスカルコゲニド量子ドットの製造方法を提供することを目的とする。 Furthermore, the present invention aims to provide a method for producing silver bismuth chalcogenide quantum dots using simple, highly safe, and easy-to-handle raw materials.

本発明における子ドット集合体は、銀と、ビスマスと、カルコゲンとを含有するAgBiE(Eは、テルル、セレン、或いは、硫黄の少なくともいずれか1種)で表されるナノクリスタルであり、量子ドットの平均粒径が、3nm以上5nm以下である量子ドットを多数含み、STEMにおける粒度分布において、平均粒径の±20%以内に、全体の2/3以上の前記量子ドットが含まれることを特徴とする。 The quantum dot aggregate in the present invention is a nanocrystal represented by AgBiE2 (where E is at least one of tellurium, selenium, or sulfur) containing silver, bismuth, and chalcogen, and is characterized in that it contains a large number of quantum dots with an average particle size of 3 nm or more and 5 nm or less , and in the particle size distribution in STEM, more than two-thirds of the quantum dots are contained within ±20% of the average particle size.

本発明では、前記量子ドットの表面が、配位子で覆われていることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the surface of the quantum dot is covered with a ligand.

本発明では、前記配位子は、ホスフィン系、脂肪族チオール系、脂肪族アミン系、及び、脂肪族カルボン酸系の少なくともいずれか1種または2種から選択されることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the ligand is selected from at least one or two of the following: phosphine-based, aliphatic thiol-based, aliphatic amine-based, and aliphatic carboxylic acid-based ligands.

本発明では、TauCプロットにおいて0.90以上1.075eV以下の光学バンドギャップが得られることが好ましい。 In this invention, it is preferable to obtain an optical band gap of 0.90 to 1.075 eV in the TauC plot.

本発明の量子ドットによれば、STEMにおける粒径分布を狭くでき、粒子径の揃った銀ビスマスカルコゲニド量子ドットを合成できる。 The quantum dots of this invention allow for a narrower particle size distribution in STEM and enable the synthesis of silver-bismuth chalcogenide quantum dots with uniform particle sizes.

また、本発明の量子ドット製造法によれば、取り扱いが容易な反応剤を用い、且つ、中間体等を経ずに、直接的に銀ビスマスカルコゲニド量子ドットをシンプル、且つ安全に、量産可能である。 Furthermore, the quantum dot manufacturing method of the present invention allows for the simple, safe, and mass production of silver-bismuth chalcogenide quantum dots directly, without the need for intermediates, using easily handled reagents.

本発明の実施形態における量子ドットの模式図である。This is a schematic diagram of a quantum dot in an embodiment of the present invention. 実施例1におけるAgBiSの吸収(Absorption)スペクトルである。This is the absorption spectrum of AgBiS2 in Example 1. 実施例1におけるAgBiSのTauCプロットである。This is the TauC plot of AgBiS2 in Example 1. 実施例1におけるAgBiSの走査透過電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope:STEM)写真と粒子径解析図である。These are scanning transmission electron microscope (STEM) images and particle size analysis diagrams of AgBiS2 in Example 1. 実施例1におけるAgBiSの示差熱解析図である。This is a differential thermal analysis diagram of AgBiS2 in Example 1. 実施例1におけるAgBiSのX線回折(Xray Diffraction:XRD)スペクトルである。This is the X-ray diffraction (XRD) spectrum of AgBiS2 in Example 1. 実施例2におけるAgBiSの吸収(Absorption)スペクトルである。This is the absorption spectrum of AgBiS2 in Example 2. 実施例2におけるAgBiSのTauCプロットである。This is the TauC plot of AgBiS2 in Example 2. 実施例2におけるAgBiSの走査透過電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope:STEM)写真と粒子径解析図である。These are scanning transmission electron microscope (STEM) images and particle size analysis diagrams of AgBiS2 in Example 2. 実施例2におけるAgBiSの示差熱解析図である。This is a differential thermal analysis diagram of AgBiS2 in Example 2. 実施例2におけるAgBiSのX線回折(Xray Diffraction:XRD)スペクトルである。This is the X-ray diffraction (XRD) spectrum of AgBiS2 in Example 2. 実施例3におけるAgBiSの吸収(Absorption)スペクトルである。This is the absorption spectrum of AgBiS2 in Example 3. 実施例3におけるAgBiSのTauCプロットである。This is the TauC plot of AgBiS2 in Example 3. 実施例3におけるAgBiSの走査透過電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope:STEM)写真と粒子径解析図である。These are scanning transmission electron microscope (STEM) images and particle size analysis diagrams of AgBiS2 in Example 3. 実施例3におけるAgBiSの示差熱解析図である。This is a differential thermal analysis diagram of AgBiS2 in Example 3. 実施例3におけるAgBiSのX線回折(Xray Diffraction:XRD)スペクトルである。This is the X-ray diffraction (XRD) spectrum of AgBiS2 in Example 3. 実施例4におけるAgBiSの吸収(Absorption)スペクトルである。This is the absorption spectrum of AgBiS2 in Example 4. 実施例4におけるAgBiSのTauCプロットである。This is the TauC plot of AgBiS2 in Example 4. 実施例4におけるAgBiSの走査透過電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope:STEM)写真と粒子径解析図である。These are scanning transmission electron microscope (STEM) images and particle size analysis diagrams of AgBiS2 in Example 4. 実施例4におけるAgBiSの示差熱解析図である。This is a differential thermal analysis diagram of AgBiS2 in Example 4. 実施例4におけるAgBiSのX線回折(Xray Diffraction:XRD)スペクトルである。This is the X-ray diffraction (XRD) spectrum of AgBiS2 in Example 4. 実施例5におけるAgBiSの吸収(Absorption)スペクトルである。This is the absorption spectrum of AgBiS2 in Example 5. 実施例5におけるAgBiSのTauCプロットである。This is the TauC plot of AgBiS2 in Example 5. 実施例5におけるAgBiSの走査透過電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope:STEM)写真と粒子径解析図である。These are scanning transmission electron microscope (STEM) images and particle size analysis diagrams of AgBiS2 in Example 5. 実施例5におけるAgBiSの示差熱解析図である。This is a differential thermal analysis diagram of AgBiS2 in Example 5. 実施例5におけるAgBiSのX線回折(Xray Diffraction:XRD)スペクトルである。This is the X-ray diffraction (XRD) spectrum of AgBiS2 in Example 5.

近年、CdやPbなどの有毒性規制対象重金属を含まない近赤外発光性量子ドットが注目を集めている。本発明者らは、その中でも銀ビスマスカルコゲニド(AgBiE(Eは、テルル、セレン、或いは、硫黄の少なくともいずれか1種))三元系量子ドットに着目し、取り扱いが容易な反応剤を用い、中間体等を経せずに直接的に、且つ大気下で安全な方法で銀ビスマスカルコゲニド量子ドットを温和に合成するとともに、物性を解明するに至った。 In recent years, near-infrared emitting quantum dots that do not contain toxic heavy metals such as Cd and Pb have attracted attention. The inventors of this invention focused on silver bismuth chalcogenide ( AgBiE2 (where E is at least one of tellurium, selenium, or sulfur)) ternary quantum dots, and have successfully synthesized silver bismuth chalcogenide quantum dots mildly and directly in an atmospheric environment using an easily handled reagent, without the need for intermediates, and have elucidated their physical properties.

以下、本発明の一実施の形態(以下、「実施の形態」と略記する)について、詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 The following describes in detail one embodiment of the present invention (hereinafter abbreviated as "Embodiment"). However, the present invention is not limited to the following embodiment and can be implemented in various modifications within the scope of its gist.

図1A及び図1Bは、本実施の形態における量子ドットの模式図である。図1A、図1Bに示す量子ドット1は、取り扱いが容易な反応剤を用い、且つ、中間体等を経ずに直接的に合成したナノクリスタルである。 Figures 1A and 1B are schematic diagrams of quantum dots in this embodiment. The quantum dots 1 shown in Figures 1A and 1B are nanocrystals synthesized directly using easily handled reagents and without the need for intermediates.

本実施の形態では、量子ドット1は、銀(Ag)と、ビスマス(Bi)と、カルコゲンとを含有するAgBiE(Eは、テルル(Te)、セレン(Se)、或いは、硫黄(S)の少なくともいずれか1種)で表されるナノクリスタルであることが好ましい。この化合物は、間接遷移し、発光が非常に弱い。 In this embodiment, the quantum dot 1 is preferably a nanocrystal represented by AgBiE2 (where E is at least one of tellurium (Te), selenium (Se), or sulfur (S)) containing silver (Ag), bismuth (Bi), and chalcogen. This compound undergoes indirect transitions and emits very little light.

ここで「ナノクリスタル」とは、1nm~数十nm程度の粒径を有するナノ粒子を指す。本実施形態では、多数の量子ドットを、均一の粒径にて生成することができる。「均一」とは、平均粒径の±20%以内に、全体の2/3以上の粒子が含まれる状態を指す。このように、本実施の形態では、微細で且つ均一な良質の量子ドットを量産することができる。本実施形態では、量子ドットの粒径を、1nm以上15nm以下の範囲で調整することができる。好ましくは、2nm以上10nm以下であり、より好ましくは、3nm以上7nm以下であり、更に好ましくは、4nm以上5nm以下である。 Here, "nanocrystal" refers to nanoparticles having a particle size of approximately 1 nm to several tens of nm. In this embodiment, a large number of quantum dots can be produced with a uniform particle size. "Uniform" means that more than two-thirds of the particles are contained within ±20% of the average particle size. Thus, in this embodiment, fine and uniform high-quality quantum dots can be mass-produced. In this embodiment, the particle size of the quantum dots can be adjusted within the range of 1 nm to 15 nm. Preferably, it is 2 nm to 10 nm, more preferably 3 nm to 7 nm, and even more preferably 4 nm to 5 nm.

量子ドットに含まれる、AgとBiとカルコゲンは主成分であり、これら元素以外の元素が含まれていてもよい。ただし、量子ドットを製造するに際し、取り扱いが容易な反応剤であること、中間体等を経ないこと、原料を順次添加した後に高沸点溶媒中で100℃付近から150℃付近の温度で反応することによって、量子ドットを合成可能であること、の条件を満たすことが好ましい。 The main components of quantum dots are Ag, Bi, and chalcogen, but other elements may also be present. However, it is preferable that the reactants used in the production of quantum dots are easy to handle, do not require intermediates, and allow for the synthesis of quantum dots by sequentially adding the raw materials and reacting them in a high-boiling point solvent at a temperature of approximately 100°C to 150°C.

このような合成法を用いることで、製造コストの上昇、反応剤の取り扱いの制限、及び、製造工程の煩雑性を招かずに、安定的に量子ドットを量産することができる。 By using this synthesis method, quantum dots can be mass-produced stably without increasing manufacturing costs, imposing restrictions on handling reagents, or complicating the manufacturing process.

本実施の形態では、後述するように、量子ドットを合成する反応系として、高沸点溶媒に対して、原料であるAg原料、Bi原料、及び配位子を順次添加していき、最後にカルコゲニド原料を添加した後、100℃付近から150℃付近で反応させる。このような、直接的かつシンプルな合成反応に基づいて量子ドットを製造することで、量子ドットの粒子径を揃えることができ、具体的には、量子ドット全体の2/3以上の粒子を、平均粒径の±20%以内に含むことができる。 In this embodiment, as described later, the reaction system for synthesizing quantum dots involves sequentially adding the raw materials—Ag raw material, Bi raw material, and ligand—to a high-boiling point solvent, and finally adding the chalcogenide raw material. The reaction is then carried out at approximately 100°C to 150°C. By producing quantum dots based on such a direct and simple synthesis reaction, the particle size of the quantum dots can be standardized. Specifically, more than two-thirds of the total quantum dot particles can be contained within ±20% of the average particle size.

図1Aに示すように、量子ドット1の表面には多数の有機配位子2が配位していることが好ましい。これにより、量子ドット1同士の凝集を抑制でき、目的とする光学特性を発現させることができる。反応に用いることのできる配位子は、特に限定はされないが、例えば、以下の配位子が、代表的なものとして挙げられる。 As shown in Figure 1A, it is preferable that numerous organic ligands 2 are coordinated to the surface of the quantum dots 1. This suppresses aggregation of the quantum dots 1 and allows the desired optical properties to be achieved. While the ligands that can be used in the reaction are not particularly limited, the following ligands are representative examples.

(1)脂肪族1級アミン系
オレイルアミン:C1835NH,ステアリル(オクタデシル)アミン:C1837NH,ドデシル(ラウリル)アミン:C1225NH,デシルアミン:C1021NH,オクチルアミン:C17NH
(1) Aliphatic primary amines: Oleylamine : C18H35NH2 , Stearyl( octadecyl ) amine : C18H37NH2 , Dodecyl( lauryl ) amine: C12H25NH2 , Decylamine : C10H21NH2 , Octylamine : C8H17NH2

(2)脂肪酸
オレイン酸:C1733COOH,ステアリン酸:C1735COOH,パルミチン酸:C1531COOH,ミリスチン酸:C1327COOH,ラウリル酸:C1123COOH,デカン酸:C19COOH,オクタン酸:C15COOH
( 2) Fatty acids: Oleic acid: C17H33COOH , Stearic acid: C17H35COOH , Palmitic acid: C15H31COOH , Myristic acid: C13H27COOH , Lauric acid: C11H23COOH , Decanoic acid: C9H19COOH , Octanoic acid: C7H15COOH

(3)チオール系
オクタデカンチオール:C1837SH,ヘキサンデカンチオール:C1633SH,テトラデカンチオール:C1429SH,ドデカンチオール:C1225SH,デカンチオール:C1021SH,オクタンチオール:C17SH
(4)ホスフィン系
トリオクチルホスフィン:(C17P,トリフェニルホスフィン:(CP,トリブチルホスフィン:(C
(3) Thiol compounds: Octadecanethiol : C18H37SH , Hexanedecanethiol : C16H33SH , Tetradecanethiol : C14H29SH , Dodecanethiol : C12H25SH , Decanethiol : C10H21SH , Octanethiol : C8H17SH
( 4) Phosphine -based trioctylphosphine: ( C8H17 ) 3P , triphenylphosphine: ( C6H5 ) 3P , tributylphosphine: ( C4H9 ) 3P

(5)ホスフィンオキシド系
トリオクチルホスフィンオキシド:(C17P=O,トリフェニルホスフィンオキシド:(CP=O,トリブチルホスフィンオキシド:(CP=O
(5) Phosphine oxide system Trioctylphosphine oxide: ( C8H17 ) 3P = O, Triphenylphosphine oxide: ( C6H5 ) 3P =O, Tributylphosphine oxide: ( C4H9 ) 3P = O

本実施の形態では、図1Bに示すように、量子ドット1は、コア1aと、コア1aの表面に被覆されたシェル1bと、を有するコアシェル構造であってもよい。図1Bに示すように、量子ドット1の表面には、多数の有機配位子2が配位していることが好ましい。 In this embodiment, as shown in Figure 1B, the quantum dot 1 may have a core-shell structure comprising a core 1a and a shell 1b covering the surface of the core 1a. Preferably, as shown in Figure 1B, a large number of organic ligands 2 are coordinated to the surface of the quantum dot 1.

図1Bに示すコア1aが、AgBiEである。シェル1bは、コア1aと同様に、CdやHg、Pb等の規制対象重金属や、ケイ素化合物に代表される高反応性反応剤由来の物質を含まない。 The core 1a shown in Figure 1B is AgBiE 2. The shell 1b, like the core 1a, does not contain regulated heavy metals such as Cd, Hg, and Pb, nor substances derived from highly reactive reagents such as silicon compounds.

なお、シェル1bは、コア1aの表面に固溶化した状態であってもよい。ただし、本実施の形態では、シェル1bを用いずにコア1aのみ、すなわち図1Aのコア単体の量子ドット1にて、TauCプロットにおいて0.90~1.10eVの光学バンドギャップを得ることができる。 Furthermore, the shell 1b may be in a solid solution state on the surface of the core 1a. However, in this embodiment, an optical band gap of 0.90 to 1.10 eV can be obtained in the TauC plot using only the core 1a, i.e., the quantum dot 1 of the core alone as shown in Figure 1A, without using the shell 1b.

次に、本実施の形態の量子ドットの製造方法について説明する。本実施の形態では、銀原料と、ビスマス原料と、カルコゲニド原料(カルコゲニドとは、テルル、セレン、或いは、硫黄の少なくともいずれか1種)から、AgBiE(Eは、テルル、セレン、或いは、硫黄の少なくともいずれか1種)として表される量子ドットを合成する。 Next, the method for manufacturing quantum dots in this embodiment will be described. In this embodiment, quantum dots represented as AgBiE2 (where E is at least one of tellurium, selenium, or sulfur) are synthesized from a silver raw material, a bismuth raw material, and a chalcogenide raw material (a chalcogenide is at least one of tellurium, selenium, or sulfur).

ここで,本実施の形態では、AgBiEのAg原料を、特に限定はしないが、例えば、下記の有機銀試薬や無機銀試薬を用いることができる。すなわち、酢酸塩として酢酸銀(I):Ag(OAc)、脂肪酸塩として、ステアリン酸銀:Ag(OC(=O)C1735)、オレイン酸銀:Ag(OC(=O)C1733)、ミリスチン酸銀:Ag(OC(=O)C1327)、ドデカン酸銀:Ag(OC(=O)C1123)、銀アセチルアセトネート:Ag(acac)、ハロゲン化物として1価の化合物が使用可能であり、塩化銀(I):AgCl、臭化銀(I):AgBr、ヨウ化銀(I):AgIなどを用いることができる。 In this embodiment, the Ag raw material for AgBiE2 is not particularly limited, but for example, the following organosilver reagents and inorganic silver reagents can be used. Specifically, as the acetate salt, silver(I) acetate: Ag(OAc), as the fatty acid salt, silver stearate: Ag(OC(= O ) C17H35 ) , silver oleate: Ag(OC(=O) C17H33 ), silver myristate: Ag(OC(=O) C13H27 ), silver dodecanoate : Ag(OC(=O) C11H23 ), silver acetylacetonate: Ag( acac ), and as the halide, monovalent compounds can be used, such as silver(I) chloride: AgCl, silver(I) bromide: AgBr, silver(I) iodide: AgI, etc.

ここで,本実施の形態では、AgBiEのBi原料を、特に限定はしないが、例えば、下記の有機ビスマス試薬や無機ビスマス試薬を用いることができる。すなわち、脂肪酸塩として、酸化酢酸ビスマス(III):BiO(OC(=O)CH)、酢酸ビスマス(III):Bi(OC(=O)CH、2-エチルヘキサン酸ビスマス(III):Bi(OC(=O)C2145、ネオデカン酸ビスマス(III):Bi(OC(=O)C2757、次没食子酸ビスマス(III):Bi(C)、ハロゲン化物として3価の化合物が使用可能であり、フッ化ビスマス(III):BiF、塩化ビスマス(III):BiCl、臭化ビスマス(III):BiBr、無機酸塩として、硝酸ビスマス・5水和物(III):Bi(NO・5HO、オキシ炭酸ビスマス(III):(BiO)CO、酸化ビスマス(III):Biなどを用いることができる。 In this embodiment, the Bi raw material for AgBiE2 is not particularly limited, but for example, the following organic bismuth reagents or inorganic bismuth reagents can be used. Specifically, as fatty acid salts, bismuth(III) oxidized acetate: BiO(OC(=O) CH3 ), bismuth(III) acetate: Bi(OC(=O) CH3 ) 3 , bismuth( III ) 2-ethylhexanoate: Bi(OC(=O) C21H45 ) 3 , bismuth(III) neodecanoate: Bi(OC(=O) C27H57 ) 3 , bismuth( III ) subgallate : Bi( C7O6H5 ) , trivalent compounds can be used as halides: bismuth(III) fluoride: BiF3 , bismuth(III) chloride: BiCl3 , bismuth(III) bromide: BiBr3 , and inorganic salts such as bismuth nitrate pentahydrate (III): Bi( NO3 ) 35H2 O, bismuth(III) oxycarbonate (BiO) ₂CO₃ , bismuth(III) oxide ( Bi₂O₃ ) , etc. can be used.

本実施の形態では、テルル(Te)は、有機テルル化合物(有機カルコゲン化合物)、または無機テルル化合物を固体のまま、もしくは、高沸点溶媒に溶解したものを原料として用いる。特に化合物の構造を限定するものではないが、例えば,トリオクチルホスフィンにテルルを溶解させたトリオクチルホスフィンテルリド:(C17P=Te、トリブチルホスフィンにテルルを溶解させたトリブチルホスフィンテルリド:(CP=Te、又は、オクタデセンのような長鎖の炭化水素である高沸点溶媒に、テルルを高温で溶解させた溶液等を用いることができる。 In this embodiment, tellurium (Te) is used as a raw material either in solid form or dissolved in a high-boiling point solvent, either as an organic tellurium compound (organic chalcogen compound) or an inorganic tellurium compound. While the structure of the compound is not particularly limited, examples include trioctylphosphine telluride ( C8H17 ) 3P =Te, obtained by dissolving tellurium in trioctylphosphine; tributylphosphine telluride ( C4H9 ) 3P =Te, obtained by dissolving tellurium in tributylphosphine; or a solution obtained by dissolving tellurium at high temperature in a high-boiling point solvent that is a long-chain hydrocarbon such as octadecene.

また、本実施の形態では、セレン(Se)を固溶させる場合、セレンは、有機セレン化合物(有機カルコゲン化合物)、または無機セレン化合物を固体のまま、もしくは、高沸点溶媒に溶解したものを原料として用いる。特に、構造を限定するものでないが、例えば、トリオクチルホスフィンにセレンを溶解させたトリオクチルホスフィンセレニド:(C17P=Se、トリブチルホスフィンにセレンを溶解させたトリブチルホスフィンセレニド:(CP=Se、又は、オクタデセンのような長鎖の炭化水素である高沸点溶媒にセレンを高温で溶解させた溶液等を用いることができる。 Furthermore, in this embodiment, when solid-solution selenium (Se) is used, the selenium used as a raw material is either an organic selenium compound (organo-chalcogen compound) or an inorganic selenium compound, either in its solid state or dissolved in a high-boiling point solvent. While the structure is not particularly limited, for example, trioctylphosphine selenide ( C8H17 ) 3P =Se, obtained by dissolving selenium in trioctylphosphine, tributylphosphine selenide ( C4H9 ) 3P =Se, obtained by dissolving selenium in tributylphosphine, or a solution obtained by dissolving selenium at high temperature in a high-boiling point solvent that is a long-chain hydrocarbon such as octadecene can be used.

また、本実施の形態では、硫黄(S)を固溶させる場合、硫黄は、有機硫黄化合物(有機カルコゲン化合物)、または、無機硫黄化合物を固体のまま、もしくは、高沸点溶媒に溶解したものを原料として用いる。特に、構造を限定するものでないが、例えば、トリオクチルホスフィンに硫黄を溶解させたトリオクチルホスフィンスルフィド:(C17P=S、或いは、トリブチルホスフィンに硫黄を溶解させたトリブチルホスフィンスルフィド:(CP=S、又は、オクタデセンのような長鎖の炭化水素である高沸点溶媒に硫黄を高温で溶解させた溶液等を用いることができる。 Furthermore, in this embodiment, when sulfur (S) is dissolved in a solid solution, the sulfur used as a raw material is either an organic sulfur compound (organic chalcogen compound) or an inorganic sulfur compound, either in its solid form or dissolved in a high-boiling point solvent. While the structure is not particularly limited, for example, trioctylphosphine sulfide ( C8H17 ) 3P =S, obtained by dissolving sulfur in trioctylphosphine, or tributylphosphine sulfide ( C4H9 ) 3P =S, obtained by dissolving sulfur in tributylphosphine, or a solution obtained by dissolving sulfur at high temperature in a high-boiling point solvent that is a long-chain hydrocarbon such as octadecene can be used.

本実施の形態では、有機ビスマス化合物、或いは、無機ビスマス化合物を、高沸点溶媒に添加して、溶解させる。溶媒としては、150℃以上の高沸点の飽和炭化水素または不飽和炭化水素として、オクタデセンを用いることができる。これ以外にも、芳香族系の高沸点溶媒として、ドデシルベンゼン:C(CH11CH、高沸点のエステル系の溶媒として、ブチルブチレート:CCOOC、ベンジルブチレート:CCHCOOCなどを用いることが可能であるが、脂肪族チオール系、脂肪族アミン系、または、脂肪酸系の化合物や脂肪族リン系の化合物を溶媒として用いることも可能である。 In this embodiment, an organic bismuth compound or an inorganic bismuth compound is added to a high-boiling point solvent and dissolved. As the solvent, octadecene can be used as a saturated or unsaturated hydrocarbon with a high boiling point of 150°C or higher. In addition, as an aromatic high-boiling point solvent, dodecylbenzene : C6H5 ( CH2 ) 11CH3 , and as a high-boiling point ester solvent, butyl butyrate: C4H9COOC4H9 , benzyl butyrate: C6H5CH2COOC4H9 can be used, but aliphatic thiol , aliphatic amine, fatty acid, or aliphatic phosphorus compounds can also be used as solvents.

このとき、反応温度を100℃以上200℃以下の範囲に設定し,銀化合物を溶解する。なお,反応温度は,より低温の、100℃以上で175℃以下であることが好ましく、更に低温の、100℃以上で150℃以下であることがより好ましい。 At this time, the reaction temperature is set to a range of 100°C to 200°C, and the silver compound is dissolved. Preferably, the reaction temperature is lower, between 100°C and 175°C, and even more preferably between 100°C and 150°C.

また,本実施の形態では、反応条件に特に限定はないが、粒子径の揃った量子ドットを得るために,100℃程度の低温から140℃程度の高温で反応することが、AgBiTe、AgBiSe、及び、AgBiSを合成するうえで重要である。このため、100℃程度に加熱した高沸点溶媒中に、一種類または二種類の原料を溶解し、その溶液に対して他原料を順次添加していき、その後、引き続き同温度で反応させ、量子ドットを合成するのが好ましい。 Furthermore, in this embodiment, there are no particular limitations on the reaction conditions, but in order to obtain quantum dots with uniform particle sizes, it is important to react at a low temperature of about 100°C to a high temperature of about 140°C when synthesizing AgBiTe₂ , AgBiSe₂ , and AgBiS₂ . For this reason, it is preferable to dissolve one or two types of raw materials in a high-boiling point solvent heated to about 100°C, sequentially add the other raw materials to the solution, and then continue the reaction at the same temperature to synthesize quantum dots.

また、本実施の形態では、粒子径の揃ったAgBiEを得るために、前駆体である銀原料、ビスマス原料、及び、カルコゲン原料の反応において、チオールをTe、Se或いはSに対して、1~200当量添加することが好ましく、5~1000当量添加することがより好ましく、50~10000当量添加することが更により好ましい。特に、チオールを限定するものでないが、例えば、オクタデカンチオール:C1837SH、ヘキサンデカンチオール:C1633SH、テトラデカンチオール:C1429SH、ドデカンチオール:C1225SH、デカンチオール:C1021SH、オクタンチオール:C17SH等を用いることができる。 Furthermore, in this embodiment, in order to obtain AgBiE2 with uniform particle size, it is preferable to add 1 to 200 equivalents of thiol relative to Te, Se, or S in the reaction of the precursor silver raw material, bismuth raw material, and chalcogen raw material, more preferably 5 to 1000 equivalents, and even more preferably 50 to 10000 equivalents. In particular, the thiol is not limited, but for example, octadecanethiol: C18H37SH , hexanedecanethiol : C16H33SH , tetradecanethiol: C14H29SH , dodecanethiol : C12H25SH , decanthiol : C10H21SH , octanthiol: C8H17SH , etc. can be used.

また、本実施の形態では、各原料を添加して反応させる際に、前駆体の金属を配位またはキレートなどにより反応溶液中に遊離させる補助的な役割をもつ化合物が必要である。 Furthermore, in this embodiment, when adding each raw material and proceeding with the reaction, a compound is needed that plays an auxiliary role in releasing the precursor metal into the reaction solution through coordination or chelation.

上述の役割を有する化合物としては、銀と錯形成可能なリガンドが挙げられる。例えば、リン系リガンド、アミン系リガンド、チオール系リガンド、カルボン酸系リガンドが好ましく、その中でも、その効率の高さからチオール系リガンドが特に好ましい。 Compounds having the aforementioned roles include ligands capable of forming complexes with silver. For example, phosphorus-based ligands, amine-based ligands, thiol-based ligands, and carboxylic acid-based ligands are preferred, with thiol-based ligands being particularly preferred due to their high efficiency.

これにより、Agと、Biと、カルコゲンとの反応が適切に行われ、Agと、Biと、カルコゲンとをベースとし、0.90~1.10eVの光学バンドギャップを有し、均一な粒子径を有するAgBiE量子ドットを製造することができる。 This allows for the proper reaction between Ag, Bi, and chalcogen, enabling the production of AgBiE 2 quantum dots based on Ag, Bi, and chalcogen, with an optical band gap of 0.90 to 1.10 eV and a uniform particle size.

本実施の形態の量子ドットの製造方法では、上記した銀原料、ビスマス原料、カルコゲニド原料、及び、配位子のうち一種又は二種の原料を、100℃から150℃に加熱した前記高沸点溶媒に溶解する工程、その後、その他の原料を順次添加する工程、全ての原料を添加後に、引き続き同程度の反応温度で量子ドットを合成する工程、を有することが好ましい。 In the quantum dot manufacturing method of this embodiment, it is preferable to have the following steps: dissolving one or two of the above-mentioned silver raw material, bismuth raw material, chalcogenide raw material, and ligand in the high-boiling point solvent heated to 100°C to 150°C; then sequentially adding the other raw materials; and after adding all the raw materials, synthesizing quantum dots at a reaction temperature of approximately the same magnitude.

これにより、取り扱いが容易な反応剤を用い、且つ、中間体等を経せずに直接的に均一な粒子径を有する銀ビスマスカルコゲニドを安全に短時間で量産することができる。 This allows for the safe and rapid mass production of silver bismuth chalcogenide with a uniform particle size, using easily handled reagents and without the need for intermediates.

以下、本発明の実施例及び比較例により本発明の効果を説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。 The effects of the present invention will be explained below with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited in any way by the following examples.

<原料>
本発明では、均一な粒子径を有する銀カルコゲニド化合物(AgBiE系)量子ドットを合成するにあたり以下の原料を用いた。
(溶媒)
オクタデセン: Aldrich株式会社製、出光興産株式会社製
(カルコゲン原料)
硫黄粉末(99.0%以上): キシダ化学株式会社製
(ビスマス原料)
酸化酢酸ビスマス: キシダ化学株式会社製
硝酸ビスマス・5水和物: 富士フイルム和光純薬株式会社製
酸化ビスマス: 株式会社ミツワ化学製
(銀原料)
酢酸銀: キシダ化学株式会社製
(配位子)
トリオクチルホスフィン: 北興化学株式会社製
ドデカンチオール: アルケマ社製
<測定機器>
紫外-可視光分光光度計:日立株式会社製 V-770
X線回折装置(XRD):Bruker社製 D2 PHASER
走査透過型電子顕微鏡(STEM):日立株式会社製 SU9000
示差熱天秤(TG-DTA):株式会社リガク製 Thermo Plus EVO2
<Raw materials>
In this invention, the following raw materials were used to synthesize silver chalcogenide compound ( AgBiE2 system) quantum dots having a uniform particle size.
(solvent)
Octadecene: Manufactured by Aldrich Co., Ltd. and Idemitsu Kosan Co., Ltd. (as a raw material for chalcogen)
Sulfur powder (99.0% or higher): Manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. (Bismuth raw material)
Bismuth acetate oxide: Manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. Bismuth nitrate pentahydrate: Manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Corporation Bismuth oxide: Manufactured by Mitsuwa Chemical Co., Ltd. (silver raw material)
Silver acetate: Manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. (ligand)
Trioctylphosphine: Manufactured by Hokko Chemical Co., Ltd. Dodecanethiol: Manufactured by Arkema <Measuring Instruments>
Ultraviolet-Visible Spectrophotometer: Hitachi, Ltd. V-770
X-ray diffraction device (XRD): Bruker D2 PHASER
Scanning transmission electron microscope (STEM): Hitachi, Ltd. SU9000
Differential thermal balance (TG-DTA): Rigaku Corporation, Thermo Plus EVO2

[実施例1]
300mL反応容器に、酢酸銀:Ag(OAc) 200.2mgと、ドデカンチオール:DDT 30.0mLと、硝酸ビスマス・5水和物:Bi(NO・5HO 582.2mgを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下にて、145℃で5分間、攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
[Example 1]
In a 300 mL reaction vessel, 200.2 mg of silver acetate (Ag(OAc)), 30.0 mL of dodecanethiol (DDT), and 582.2 mg of bismuth nitrate pentahydrate (Bi( NO₃ ) · 5H₂O ) were added. The mixture was then heated at 145°C for 5 minutes with stirring under an inert gas ( N₂ ) atmosphere to dissolve the starting materials.

この溶液に、0.20Mのオクタデセンスルフィド(S-ODE)13.0mLを加え、さらに10分間、同じ温度で攪拌しつつ加熱した。 To this solution, 13.0 mL of 0.20 M octadecensulfide (S-ODE) was added, and the mixture was heated with stirring at the same temperature for a further 10 minutes.

得られた反応液を室温まで冷却し、トルエンとエタノールを加え、沈殿物を発生させ、遠心分離を施して沈殿物を回収した。そして、その沈殿物にヘキサンを加えて分散させ、AgBiS粒子の分散溶液とした。 The resulting reaction mixture was cooled to room temperature, toluene and ethanol were added to generate a precipitate, and the precipitate was collected by centrifugation. Then, hexane was added to the precipitate to disperse it and obtain a dispersion solution of AgBiS 2 particles.

得られた分散溶液を、紫外可視分光計で測定した。その結果、図2の紫外可視近赤外吸収スペクトルが得られた。また、この合成で得られた量子ドットは、図3のTauCプロットによる解析結果に示すように、0.90eVの光学バンドギャップを有することがわかった。また、この量子ドットの平均粒径は、図4に示す通り、約4.43nmであり、全粒子数の2/3以上の粒子が、平均粒径の±20%以内に入っていることがわかった。また、示差熱天秤による解析(TG)で、図5の通り、量子ドット全体に対し、約15%の配位子が配位していることが明らかとなった。
また、図6に示すAgBiS粒子のXRDスペクトルのピーク値及びピークパターンより、AgBiS固溶体が生成していることが証明された。
The obtained dispersion solution was measured using an ultraviolet-visible spectrometer. As a result, the ultraviolet-visible near-infrared absorption spectrum shown in Figure 2 was obtained. Furthermore, it was found that the quantum dots obtained in this synthesis have an optical band gap of 0.90 eV, as shown in the analysis results of the TauC plot in Figure 3. In addition, the average particle size of these quantum dots was approximately 4.43 nm, as shown in Figure 4, and it was found that more than two-thirds of the total number of particles fell within ±20% of the average particle size. Furthermore, differential thermal analysis (TG) revealed that approximately 15% of the entire quantum dot was coordinated with ligands, as shown in Figure 5.
Furthermore, the peak values and peak patterns of the XRD spectrum of AgBiS2 particles shown in Figure 6 demonstrate that an AgBiS2 solid solution is being formed.

[実施例2]
300mL反応容器に、酢酸銀:Ag(OAc) 200.2mgと、ドデカンチオール:DDT 30.0mLと、硝酸ビスマス・5水和物:Bi(NO・5HO 582.2mgを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下にて、145℃で5分間、攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
[Example 2]
In a 300 mL reaction vessel, 200.2 mg of silver acetate (Ag(OAc)), 30.0 mL of dodecanethiol (DDT), and 582.2 mg of bismuth nitrate pentahydrate (Bi( NO₃ ) · 5H₂O ) were added. The mixture was then heated at 145°C for 5 minutes with stirring under an inert gas ( N₂ ) atmosphere to dissolve the starting materials.

この溶液に、0.20Mのオクタデセンスルフィド(S-ODE)13.0mLを加え、さらに20分間、同じ温度で攪拌しつつ加熱した。 To this solution, 13.0 mL of 0.20 M octadecensulfide (S-ODE) was added, and the mixture was heated with stirring at the same temperature for a further 20 minutes.

得られた反応液を室温まで冷却し、トルエンとエタノールを加え、沈殿物を発生させ、遠心分離を施して沈殿物を回収した。そして、その沈殿物にヘキサンを加えて分散させ、AgBiS粒子の分散溶液とした。 The resulting reaction mixture was cooled to room temperature, toluene and ethanol were added to generate a precipitate, and the precipitate was collected by centrifugation. Then, hexane was added to the precipitate to disperse it and obtain a dispersion solution of AgBiS 2 particles.

得られた分散溶液を、紫外可視分光計で測定した。その結果、図7の紫外可視近赤外吸収スペクトルが得られた。また、この合成で得られた量子ドットは、図8のTauCプロットによる解析結果に示すように、1.075eVの光学バンドギャップを有することがわかった。また、この量子ドットの平均粒径は、図9に示す通り、約4.53nmであり、全粒子数の2/3以上の粒子が、平均粒径の±20%以内に入っていることがわかった。また、示差熱天秤による解析で、図10の通り、量子ドット全体の質量に対し、約18%の配位子が配位していることが明らかとなった。 The obtained dispersion solution was measured using a UV-Vis spectrometer. As a result, the UV-Vis near-infrared absorption spectrum shown in Figure 7 was obtained. Furthermore, the quantum dots obtained in this synthesis were found to have an optical band gap of 1.075 eV, as shown in the analysis results of the TauC plot in Figure 8. The average particle size of these quantum dots was approximately 4.53 nm, as shown in Figure 9, and it was found that more than two-thirds of the total particles fell within ±20% of the average particle size. Additionally, analysis using a differential thermal balance revealed that approximately 18% of the total mass of the quantum dots was coordinated by ligands, as shown in Figure 10.

また、図11に示すAgBiS粒子のXRDスペクトルのピーク値及びピークパターンより、AgBiS固溶体が生成していることが証明された。 Furthermore, the peak values and peak patterns of the XRD spectrum of AgBiS2 particles shown in Figure 11 demonstrated that an AgBiS2 solid solution was formed.

[実施例3]
300mL反応容器に、酢酸銀:Ag(OAc) 200.2mgと、ドデカンチオール:DDT 30.0mLと、酸化酢酸ビスマス:BiO(OC(=O)CH) 340.8mgを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下にて、140℃で5分間、攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
[Example 3]
200.2 mg of silver acetate (Ag(OAc)), 30.0 mL of dodecanethiol (DDT), and 340.8 mg of bismuth acetate (BiO(OC(=O) CH3 )) were placed in a 300 mL reaction vessel. The mixture was then heated at 140°C for 5 minutes with stirring under an inert gas ( N2 ) atmosphere to dissolve the starting materials.

この溶液に、0.20Mのオクタデセンスルフィド(S-ODE)19.5mLを加え、さらに15分間、同じ温度で攪拌しつつ加熱した。 To this solution, 19.5 mL of 0.20 M octadecensulfide (S-ODE) was added, and the mixture was heated with stirring at the same temperature for a further 15 minutes.

得られた反応液を室温まで冷却し、トルエンとエタノールを加え、沈殿物を発生させ、遠心分離を施して沈殿物を回収した。そして、その沈殿物にヘキサンを加えて分散させ、AgBiS粒子の分散溶液とした。 The resulting reaction mixture was cooled to room temperature, toluene and ethanol were added to generate a precipitate, and the precipitate was collected by centrifugation. Then, hexane was added to the precipitate to disperse it and obtain a dispersion solution of AgBiS 2 particles.

得られた分散溶液を、紫外可視分光計で測定した。その結果、図12の紫外可視近赤外吸収スペクトルが得られた。また、この合成で得られた量子ドットは、図13のTauCプロットによる解析結果に示すように、1.065eVの光学バンドギャップを有することがわかった。また、この量子ドットの平均粒径は、図14に示す通り、約4.23nmであり、全粒子数の2/3以上の粒子が、平均粒径の±20%以内に入っていることがわかった。また、示差熱天秤による解析で、図15の通り、量子ドット全体の質量に対し、約18%の配位子が配位していることが明らかとなった。 The obtained dispersion solution was measured using a UV-Vis spectrometer. As a result, the UV-Vis near-infrared absorption spectrum shown in Figure 12 was obtained. Furthermore, the quantum dots obtained in this synthesis were found to have an optical band gap of 1.065 eV, as shown in the analysis results of the TauC plot in Figure 13. The average particle size of these quantum dots was approximately 4.23 nm, as shown in Figure 14, and it was found that more than two-thirds of the total particles fell within ±20% of the average particle size. Additionally, analysis using a differential thermal balance revealed that approximately 18% of the total mass of the quantum dots was coordinated by ligands, as shown in Figure 15.

また、図16に示すAgBiS粒子のXRDスペクトルのピーク値及びピークパターンより、AgBiS固溶体が生成していることが証明された。 Furthermore, the peak values and peak patterns of the XRD spectrum of AgBiS2 particles shown in Figure 16 demonstrated that an AgBiS2 solid solution was formed.

[実施例4]
300mL反応容器に、酢酸銀:Ag(OAc) 200.2mgと、ドデカンチオール:DDT 30.0mLと、酸化酢酸ビスマス:BiO(OC(=O)CH) 340.8mgを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下にて、100℃で5分間、攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
[Example 4]
In a 300 mL reaction vessel, 200.2 mg of silver acetate (Ag(OAc)), 30.0 mL of dodecanethiol (DDT), and 340.8 mg of bismuth acetate (BiO(OC(=O) CH3 )) were added. The mixture was then heated at 100°C for 5 minutes with stirring under an inert gas ( N2 ) atmosphere to dissolve the starting materials.

この溶液に、0.20Mのオクタデセンスルフィド(S-ODE)13.0mLを加え、さらに15分間、同じ温度で攪拌しつつ加熱した。 To this solution, 13.0 mL of 0.20 M octadecensulfide (S-ODE) was added, and the mixture was heated with stirring at the same temperature for a further 15 minutes.

得られた反応液を室温まで冷却し、トルエンとエタノールを加え、沈殿物を発生させ、遠心分離を施して沈殿物を回収した。そして、その沈殿物にヘキサンを加えて分散させ、AgBiS粒子の分散溶液とした。 The resulting reaction mixture was cooled to room temperature, toluene and ethanol were added to generate a precipitate, and the precipitate was collected by centrifugation. Then, hexane was added to the precipitate to disperse it and obtain a dispersion solution of AgBiS 2 particles.

得られた分散溶液を、紫外可視分光計で測定した。その結果、図17の紫外可視近赤外吸収スペクトルが得られた。また、この合成で得られた量子ドットは、図18のTauCプロットによる解析結果に示すように、1.10eVの光学バンドギャップを有することがわかった。また、この量子ドットの平均粒径は、図19に示す通り、約4.82nmであり、全粒子数の2/3以上の粒子が、平均粒径の±20%以内に入っていることがわかった。また、示差熱天秤による解析で、図20の通り、量子ドット全体の質量に対し、約19%の配位子が配位していることが明らかとなった。 The obtained dispersion solution was measured using a UV-Vis spectrometer. As a result, the UV-Vis near-infrared absorption spectrum shown in Figure 17 was obtained. Furthermore, it was found that the quantum dots obtained in this synthesis have an optical band gap of 1.10 eV, as shown in the analysis results of the TauC plot in Figure 18. The average particle size of these quantum dots was approximately 4.82 nm, as shown in Figure 19, and it was found that more than two-thirds of the total particles fell within ±20% of the average particle size. Additionally, analysis using a differential thermal balance revealed that approximately 19% of the total mass of the quantum dots was coordinated by ligands, as shown in Figure 20.

また、図21に示すAgBiS粒子のXRDスペクトルのピーク値及びピークパターンより、AgBiS固溶体が生成していることが証明された。 Furthermore, the peak values and peak patterns of the XRD spectrum of AgBiS2 particles shown in Figure 21 demonstrated that an AgBiS2 solid solution was formed.

[実施例5]
300mL反応容器に、酢酸銀:Ag(OAc) 200.2mgと、ドデカンチオール:DDT 30.0mLと、硝酸ビスマス・5水和物:Bi(NO・5HO 582.2mgを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下にて、100℃で5分間、攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
[Example 5]
200.2 mg of silver acetate (Ag(OAc)), 30.0 mL of dodecanethiol (DDT), and 582.2 mg of bismuth nitrate pentahydrate (Bi( NO₃ ) · 5H₂O ) were placed in a 300 mL reaction vessel. The mixture was then heated at 100°C for 5 minutes with stirring under an inert gas ( N₂ ) atmosphere to dissolve the starting materials.

この溶液に、0.20Mのオクタデセンスルフィド(S-ODE)13.0mLを加え、さらに15分間、同じ温度で攪拌しつつ加熱した。 To this solution, 13.0 mL of 0.20 M octadecensulfide (S-ODE) was added, and the mixture was heated with stirring at the same temperature for a further 15 minutes.

得られた反応液を室温まで冷却し、トルエンとエタノールを加え、沈殿物を発生させ、遠心分離を施して沈殿物を回収した。そして、その沈殿物にヘキサンを加えて分散させ、AgBiS粒子の分散溶液とした。 The resulting reaction mixture was cooled to room temperature, toluene and ethanol were added to generate a precipitate, and the precipitate was collected by centrifugation. Then, hexane was added to the precipitate to disperse it and obtain a dispersion solution of AgBiS 2 particles.

得られた分散溶液を、紫外可視分光計で測定した。その結果、図22の紫外可視近赤外吸収スペクトルが得られた。また、この合成で得られた量子ドットは、図23のTauCプロットによる解析結果に示すように、1.10eVの光学バンドギャップを有することがわかった。また、この量子ドットの平均粒径は、図24に示す通り、約4.52nmであり、全粒子数の2/3以上の粒子が、平均粒径の±20%以内に入っていることがわかった。また、示差熱天秤による解析で、図25の通り、量子ドット全体の質量に対し、約22%の配位子が配位していることが明らかとなった。 The obtained dispersion solution was measured using a UV-Vis spectrometer. As a result, the UV-Vis near-infrared absorption spectrum shown in Figure 22 was obtained. Furthermore, it was found that the quantum dots obtained in this synthesis have an optical band gap of 1.10 eV, as shown in the analysis results of the TauC plot in Figure 23. The average particle size of these quantum dots was approximately 4.52 nm, as shown in Figure 24, and it was found that more than two-thirds of the total particles fell within ±20% of the average particle size. Additionally, analysis using a differential thermal balance revealed that approximately 22% of the total mass of the quantum dots was coordinated by ligands, as shown in Figure 25.

また、図26に示すAgBiS粒子のXRDスペクトルのピーク値及びピークパターンより、AgBiS固溶体が生成していることが証明された。 Furthermore, the peak values and peak patterns of the XRD spectrum of AgBiS2 particles shown in Figure 26 demonstrated that an AgBiS2 solid solution was formed.

[比較例1]
300mL反応容器に、酢酸銀:Ag(OAc) 200.2mgと、オクタデセン:ODE 30.0mLと、硝酸ビスマス・5水和物:Bi(NO・5HO 582.2mgを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下にて、150℃で5分間、攪拌しながら加熱した。
[Comparative Example 1]
200.2 mg of silver acetate (Ag(OAc)), 30.0 mL of octadecene (ODE), and 582.2 mg of bismuth nitrate pentahydrate (Bi( NO₃ ) · 5H₂O ) were placed in a 300 mL reaction vessel. The mixture was then heated at 150 °C for 5 minutes with stirring under an inert gas ( N₂ ) atmosphere.

この溶液に、0.20Mのオクタデセンスルフィド(S-ODE)13.0mLを加え、さらに15分間、同じ温度で攪拌しつつ加熱した。 To this solution, 13.0 mL of 0.20 M octadecensulfide (S-ODE) was added, and the mixture was heated with stirring at the same temperature for a further 15 minutes.

得られた反応溶液(AgBiS)を、室温まで冷却した。反応溶液は、色の変化がなく、得られた溶液からは、XRDによって原料がそのまま残存していることが確認された。 The resulting reaction solution ( AgBiS₂ ) was cooled to room temperature. The reaction solution showed no change in color, and XRD confirmed that the starting materials remained intact in the resulting solution.

[比較例2]
300mL反応容器に、酢酸銀:Ag(OAc) 200.2mgと、ドデカンチオール:DDT 30.0mLと、硝酸ビスマス・5水和物:Bi(NO・5HO 582.2mgを入れた。そして、不活性ガス(N)雰囲気下にて、250℃で5分間、攪拌しながら加熱し、原料を溶解させた。
[Comparative Example 2]
200.2 mg of silver acetate (Ag(OAc)), 30.0 mL of dodecanethiol (DDT), and 582.2 mg of bismuth nitrate pentahydrate (Bi( NO₃ ) · 5H₂O ) were placed in a 300 mL reaction vessel. The mixture was then heated at 250 °C for 5 minutes with stirring under an inert gas ( N₂ ) atmosphere to dissolve the starting materials.

この溶液に、0.20Mのオクタデセンスルフィド(S-ODE)13.0mLを加え、さらに15分間、同じ温度で攪拌しつつ加熱した。 To this solution, 13.0 mL of 0.20 M octadecensulfide (S-ODE) was added, and the mixture was heated with stirring at the same temperature for a further 15 minutes.

得られた反応溶液(AgBiS)を、室温まで冷却した。反応溶液は、黒色懸濁液に変化し、得られた溶液からは、XRDによる反射ピークは全く確認されなかった。 The resulting reaction solution ( AgBiS₂ ) was cooled to room temperature. The reaction solution changed to a black suspension, and no reflection peaks were observed in the resulting solution by XRD.

比較例1は、配位子であるドデカンチオールが系中に存在しないことにより、比較例2は、反応温度が250℃と高温であることにより、AgBiE系量子ドットを適切に合成できないことがわかった。 In Comparative Example 1, it was found that the AgBiE 2 -based quantum dots could not be properly synthesized because the ligand dodecanethiol was not present in the system, and in Comparative Example 2, it was found that the reaction temperature was high at 250°C.

以上により、実施例1から実施例5によれば、AgBiE系量子ドットが合成可能であるとわかった。 Based on the above, it was found that AgBiE2- based quantum dots can be synthesized according to Examples 1 to 5.

本発明によれば、粒子径が均一で、且つ0.90~1.10eVの光学バンドギャップを有するAgBiS量子ドットを、取り扱いが容易な反応剤を用い、且つ、中間体等を経せずに直接的に量産可能な方法で合成することができる。そして、本発明の量子ドットを、光吸収デバイス等に適用することで、装置において優れた太陽電池性能等を得ることができる。 According to the present invention, AgBiS2 quantum dots with a uniform particle size and an optical band gap of 0.90 to 1.10 eV can be synthesized using an easily handled reagent and in a method that allows for direct mass production without the need for intermediates. Furthermore, by applying the quantum dots of the present invention to light absorption devices and the like, excellent solar cell performance can be obtained in the apparatus.

1 :量子ドット
1a :コア
1b :シェル
2 :有機配位子
1: Quantum dot 1a: Core 1b: Shell 2: Organic ligand

Claims (4)

銀と、ビスマスと、カルコゲンとを含有するAgBiE(Eは、テルル、セレン、或いは、硫黄の少なくともいずれか1種)で表されるナノクリスタルであり、量子ドットの平均粒径が、3nm以上5nm以下である量子ドットを多数含み、STEMにおける粒度分布において、平均粒径の±20%以内に、全体の2/3以上の前記量子ドットが含まれることを特徴とする量子ドット集合体。 A quantum dot aggregate characterized by being a nanocrystal represented by AgBiE2 (where E is at least one of tellurium, selenium, or sulfur) containing silver, bismuth, and chalcogen, containing a large number of quantum dots with an average particle size of 3 nm to 5 nm , and in the particle size distribution in STEM, more than two-thirds of the quantum dots are contained within ±20% of the average particle size. 前記量子ドットの表面が、配位子で覆われていることを特徴とする請求項1に記載の量子ドット集合体。 The quantum dot assembly according to claim 1, characterized in that the surface of the quantum dot is covered with a ligand. 前記配位子は、ホスフィン系、脂肪族チオール系、脂肪族アミン系、及び、脂肪族カルボン酸系の少なくともいずれか1種または2種から選択されることを特徴とする請求項2に記載の量子ドット集合体。 The quantum dot assembly according to claim 2, characterized in that the ligand is selected from at least one or two of the phosphine-based, aliphatic thiol-based, aliphatic amine-based, and aliphatic carboxylic acid-based systems. TauCプロットにおいて0.90以上1.075eV以下の光学バンドギャップが得られることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の量子ドット集合体。 A quantum dot assembly according to any one of claims 1 to 3, characterized in that an optical band gap of 0.90 to 1.075 eV can be obtained in a TauC plot.
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