專利名稱：一種單質(zhì)硒納米帶的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，特別是一種單質(zhì)硒納米帶的制備方法。
背景技術(shù)：
單質(zhì)硒是一種重要的元素半導(dǎo)體材料，具有低熔點(diǎn)( 490K)、高的光導(dǎo)率( SXlO4S cm—1)、高化學(xué)活性及非線性光學(xué)響應(yīng)等性質(zhì)，可用于太陽能電池、整流器、硒鼓等 光電子學(xué)領(lǐng)域，同時(shí)也是合成其他硒化物的首選材料。近年來，一維納米材料(如納米線、 納米棒、納米帶和納米管)由于其優(yōu)越的物理、化學(xué)特性及其在納米器件領(lǐng)域的潛在應(yīng)用， 已成為納米材料研究和關(guān)注的熱點(diǎn)。合成單質(zhì)硒一維納米材料的方法通常包括液相合成技術(shù)、氣相沉積(CVD)和微乳 液法等。例如，C. N. R. Rao等分別通過NaBH4還原硒粉和[(CH3)W4Ge4Seltl熱解技術(shù)得到單 質(zhì)硒的納米棒和納米線(U. K. Gautam, M. Nath and C. N. R. Rao, J. Mater. Chem.，2003，13， 2845.)。L. Qi等在非離子表面活性劑的膠束溶液中制得硒的一維納米材料(Y. Ma, L. Qi, J. Ma and H. Cheng, Adv. Mater.，2004，16，1023.)。尤其 Y. N. Xia 小組在利用水合胼作為 還原劑制備一維硒納米材料的研究中做了一系列卓越的工作(B. Gates，Y. Yin and Y. Xia, J. Am. Chem. Soc. , 2000,122,12582 ；B. Τ. Mayers, K. Liu, D. Sunderland and Y. Xia, Chem. Mater.，2003，15，3852)。其它的還原劑也被用來制備一維硒納米材料，如利用葡萄糖還原 Na2SeO3制備單質(zhì)硒納米管(高濂，陳明海，中國專利:ZL200510024071. 6)；利用維生素C 還原 H2SeO3 制得單質(zhì)硒納米線(Q. Li and V. W. Yam, Chem. Commun.，2006，1006.)。以上研 究工作主要涉及納米線、納米管等一維單質(zhì)硒納米材料的合成，對于高質(zhì)量硒納米帶的制 備技術(shù)研究卻鮮有報(bào)道。Y. Xie等采用直接氣相沉積技術(shù)在300°C制得硒納米帶(X.Cao， Y. Xie, S. Zhang and F. Li，Adv. Mater.，2004，16，649.) ；Y. Qian 等以 SeO2 為 Se 源、葡萄糖 為還原劑、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為表面活性劑，在160°C混合溶劑熱條件下得到Se納米帶 (Q. Xie, Z. Dai，W. Huang，W. Zhang，D. Ma, X. Hu, Y. Qian，Cryst. Growth Design，2006，6 (6)， 1514.)。但這些方法仍然存在設(shè)備要求較高、工藝復(fù)雜、使用表面活性劑導(dǎo)向等諸多問題和 不足，亟待開發(fā)安全、使用、簡單的硒納米帶合成技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的納米材料合成方法，它是一種通過低聚糖一步還 原制備單質(zhì)硒納米帶的方法，具有工藝簡單、還原劑環(huán)境友好、無需其它表面活性劑和模板 等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種單質(zhì)硒納米帶的合成方法，步驟如下第一步以亞硒酸鈉為硒源，以β _環(huán)糊精為還原劑，混合攪拌并溶于蒸餾水得到 透明混合溶液；第二步在攪拌下，將第一步所得透明混合溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行水熱反應(yīng)；第三步將第二步中所得產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌，真空干燥后，制得帶狀單質(zhì)硒納米材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(1)以低聚糖β-環(huán)糊精作為還原劑，綠色 環(huán)保，還原性能溫和，易于控制，避免使用劇毒、危險(xiǎn)性大的還原劑，如NaBH4或水合胼等； (2)反應(yīng)過程無需添加表面活性劑或其他任何模板，溫和的反應(yīng)體系為一維納米材料的生 長提供了合適的環(huán)境；(3)實(shí)驗(yàn)工藝路線簡單、操作便利；(4)所合成單質(zhì)硒納米帶產(chǎn)率高， 納米帶寬度50 80nm，厚5 30nm，長度達(dá)數(shù)十微米以上，長徑比大，為結(jié)晶完好的單晶。


圖1為本發(fā)明所制備單質(zhì)硒納米粉體XRD圖譜。圖2為本發(fā)明所制備單質(zhì)硒納米帶的TEM和FESEM照片，其中(a)為TEM照片，(b) 為FESEM照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明是一種通過低聚糖一步還原制備單質(zhì)硒納米帶的方法。具有工藝簡單、還 原劑環(huán)境友好、無需其它表面活性劑和模板等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明一種單質(zhì)硒納米帶的合成方法，以亞硒酸鈉為硒源，以β-環(huán)糊精為還原 劑，在水溶液體系通過水熱反應(yīng)一步制得單質(zhì)硒的納米帶。具體步驟如下第一步將摩爾比為1 0. 5 1 5的市售分析出亞硒酸鈉和β _環(huán)糊精溶于 蒸餾水，形成無色透明溶液；將該溶液轉(zhuǎn)移至帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，加蒸 餾水至總體積的50-80%，密閉，擰緊。第二步將反應(yīng)釜放入恒溫烘箱內(nèi)，設(shè)置反應(yīng)溫度為140 180°C，反應(yīng)時(shí)間為 6 18小時(shí)。第三步將第二步中所得產(chǎn)物離心分離，用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌3 5次。 最后于真空烘箱內(nèi)50 80°C真空干燥。下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1配制摩爾比為1 2的亞硒酸鈉和β -環(huán)糊精混合溶液，分別稱取0. 005mol分析 純亞硒酸鈉和0. Olmol β -環(huán)糊精溶于蒸餾水，將所得澄清溶液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的 不銹鋼高壓釜內(nèi)，加蒸餾水至總?cè)莘e的80%。充分?jǐn)嚢韬?，將高壓釜擰緊，放入160°C恒溫 烘箱中反應(yīng)12h。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，使其自然冷卻。隨后將釜內(nèi)沉淀物過濾，用蒸餾 水洗滌三次，再用無水乙醇洗滌兩次。最后將樣品于真空烘箱中60°C干燥4h，制得單質(zhì)硒 納米帶。圖1為本實(shí)施例所制備單質(zhì)硒納米帶的X射線衍射圖譜，圖中所有衍射峰都可以指 標(biāo)為三方相單質(zhì)硒的標(biāo)準(zhǔn)粉末衍射數(shù)據(jù)[參見Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS)，F(xiàn)ile No. 06-0362]，未發(fā)現(xiàn)任何雜質(zhì)的衍射峰。圖2為所合成樣品的 透射電鏡照片和場發(fā)射掃描電鏡照片，可發(fā)現(xiàn)單質(zhì)硒呈現(xiàn)一維帶狀形貌，納米帶寬60 90nm，厚10 20nm，長度達(dá)數(shù)十微米以上，均超出了照片中的視野范圍。實(shí)施例2配制摩爾比為1 0.5的亞硒酸鈉和β-環(huán)糊精溶于蒸餾水，將所得澄清溶液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜內(nèi)，加蒸餾水至總?cè)莘e的80%。充分?jǐn)嚢韬?，將高壓?擰緊，放入140°C恒溫烘箱中反應(yīng)18h。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，使其自然冷卻。隨后將釜 內(nèi)沉淀物過濾，用蒸餾水洗滌三次，再用無水乙醇洗滌兩次。最后將樣品于真空烘箱中50°C 干燥6h，制得單質(zhì)硒納米帶。單質(zhì)硒納米帶寬60 80nm，厚10 20nm，長度達(dá)數(shù)十微米以 上。實(shí)施例3配制摩爾比為1 3的亞硒酸鈉和β-環(huán)糊精溶于蒸餾水，將所得澄清溶液轉(zhuǎn)移 至聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜內(nèi)，加蒸餾水至總?cè)莘e的50%。充分?jǐn)嚢韬?，將高壓釜擰 緊，放入180°C恒溫烘箱中反應(yīng)6h。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，使其自然冷卻。隨后將釜內(nèi) 沉淀物過濾，用蒸餾水洗滌三次，再用無水乙醇洗滌兩次。最后將樣品于真空烘箱中70°C干 燥4h，制得單質(zhì)硒納米帶。單質(zhì)硒納米帶寬60 90nm，厚10 30nm，長度達(dá)數(shù)十微米以 上。實(shí)施例4配制摩爾比為1 5的亞硒酸鈉和β-環(huán)糊精溶于蒸餾水，將所得澄清溶液轉(zhuǎn)移 至聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜內(nèi)，加蒸餾水至總?cè)莘e的70%。充分?jǐn)嚢韬螅瑢⒏邏焊獢Q 緊，放入150°C恒溫烘箱中反應(yīng)16h。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，使其自然冷卻。隨后將釜內(nèi) 沉淀物過濾，用蒸餾水洗滌三次，再用無水乙醇洗滌兩次。最后將樣品于真空烘箱中60°C干 燥4h，制得單質(zhì)硒納米帶。單質(zhì)硒納米帶寬60 70nm，厚10 20nm，長度達(dá)數(shù)十微米以 上。實(shí)施例5配制摩爾比為1 4的亞硒酸鈉和β-環(huán)糊精溶于蒸餾水，將所得澄清溶液轉(zhuǎn)移 至聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜內(nèi)，加蒸餾水至總?cè)莘e的60%。充分?jǐn)嚢韬螅瑢⒏邏焊獢Q 緊，放入160°C恒溫烘箱中反應(yīng)8h。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，使其自然冷卻。隨后將釜內(nèi) 沉淀物過濾，用蒸餾水洗滌三次，再用無水乙醇洗滌兩次。最后將樣品于真空烘箱中50°C 干燥6h，制得單質(zhì)硒納米帶。單質(zhì)硒納米帶寬60 70nm，厚5 lOnm，長度達(dá)數(shù)十微米以 上。
權(quán)利要求
一種單質(zhì)硒納米帶的合成方法，其特征在于步驟如下第一步以亞硒酸鈉為硒源，以β-環(huán)糊精為還原劑，混合攪拌并溶于蒸餾水得到透明混合溶液；第二步在攪拌下，將第一步所得透明混合溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行水熱反應(yīng)；第三步將第二步中所得產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌，真空干燥后，制得帶狀單質(zhì)硒納米材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單質(zhì)硒納米帶的合成方法，，其特征在于第一步中反應(yīng)物亞 硒酸鈉和β-環(huán)糊精的摩爾比為1 0. 5 1 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單質(zhì)硒納米帶的合成方法，，其特征在于第二步中的水熱反 應(yīng)在140 180°C的溫度條件下進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單質(zhì)硒納米帶的合成方法，，其特征在于第二步中的水熱反 應(yīng)在時(shí)間為6 18小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單質(zhì)硒納米帶的合成方法，，其特征在于第二步中的透明混 合溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜內(nèi)，至反應(yīng)釜總?cè)莘e的50-80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單質(zhì)硒納米帶的合成方法，，其特征在于第二步中的反應(yīng)釜 為聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液相還原制備單質(zhì)硒納米帶的方法。具體步驟為以亞硒酸鈉為硒源，以低聚糖β-環(huán)糊精作為還原劑，通過水熱反應(yīng)一步制得一維單質(zhì)硒納米帶。在反應(yīng)過程無需添加表面活性劑或其他任何模板，140～180℃水熱反應(yīng)6～18小時(shí)后制得寬度50～80nm，厚10～30nm，長度達(dá)數(shù)十微米以上的單質(zhì)硒單晶納米帶，材料結(jié)晶完好。β-環(huán)糊精溫和的還原能力和水熱反應(yīng)體系為單質(zhì)硒在一維方向上的充分生長提供了合適的環(huán)境。本方法具有工藝路線簡單、操作便利、還原劑環(huán)境友好等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B19/02GK101885475SQ20101023584
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者林穎, 王雄, 郇宇 申請人:南京理工大學(xué)