專(zhuān)利名稱(chēng)：一種分級(jí)結(jié)構(gòu)的碲化鉍納米晶及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料及其合成方法的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制備分級(jí)結(jié)構(gòu)的(hierarchical)納米晶及其方法。
背景技術(shù)：
由于煤炭的燃燒及汽車(chē)尾氣的排放，逐漸導(dǎo)致全球氣候變暖并產(chǎn)生很多廢熱。而發(fā)展熱電材料則是解決這一問(wèn)題的有效途徑，因?yàn)闊犭姴牧峡梢岳猛饨绲膹U熱而轉(zhuǎn)換成對(duì)人類(lèi)有用的電能。碲化鉍(Bi2Te3)由于室溫下具有高的品質(zhì)因子(ZT)，因此在傳統(tǒng)工藝中常常作為室溫下潛在的熱電材料而被廣泛研究。而納米材料相對(duì)于體材料而言，可以有效降低晶格熱導(dǎo)率，從而提高納米材料的熱電性能。最近，Bi2Te3被提出作為最簡(jiǎn)單的三維拓?fù)浣^緣體之一，這種物質(zhì)態(tài)的體電子態(tài)是有能隙的絕緣體而其表面則是無(wú)能隙的金屬態(tài)。相對(duì)于宏觀塊體材料，拓?fù)浣^緣體納米材料具有大的比表面積，能有效抑制體態(tài)載流子的貢獻(xiàn)，從而凸顯拓?fù)浔砻鎽B(tài)性質(zhì)。因此，人們一直在尋求一種更加有效的方法實(shí)現(xiàn)Bi2Te3的制備。現(xiàn)有的Bi2Te3都是通過(guò)較高溫度下的固態(tài)粉末燒結(jié)而成，或是將相應(yīng)的固體粉末利用球磨機(jī)研磨制得。并且，大多數(shù)是基于體材料的Bi2Te3制備。至今，利用膠體化學(xué)方法制備分級(jí)結(jié)構(gòu)的Bi2Te3納米晶還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種利用溶膠-凝膠法制備分級(jí)結(jié)構(gòu)的碲化鉍納米晶的方法，該方法簡(jiǎn)單易于操作，并實(shí)現(xiàn)尺寸、形貌可控。本發(fā)明的產(chǎn)物的技術(shù)特征如下所述一種分級(jí)結(jié)構(gòu)的碲化鉍納米晶，分子式為Bi2Te3 ;形貌類(lèi)似納米片交叉成花狀后，相連構(gòu)成毛毛蟲(chóng)狀；平均直徑為230-565nm。制備分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶的技術(shù)方案是一種分級(jí)結(jié)構(gòu)的碲化鉍納米晶的制備方法，有如下過(guò)程，(1)配制碲的三辛基膦溶液將碲粉和三辛基膦混合，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下升溫至200-250°C保持2 4小時(shí)后自然降至室溫，得到濃度為0. 2mol/L的碲的三辛基膦溶液貯存?zhèn)溆?(2)分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶的制備將醋酸鉍，油酸和十八烯裝入容器中進(jìn)行磁力攪拌，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下升溫至醋酸鉍完全溶解；之后逐漸降至室溫，將碲的三辛基膦溶液加入到容器中，在140-240°C下反應(yīng)并保溫0. 5-6小時(shí)；經(jīng)離心洗樣得到碲化鉍粉體；其中按摩爾比醋酸鉍碲=2 3，按體積比油酸十八烯=1 6，油酸的用量按每mmol醋酸鉍加入5mL油酸計(jì)算。所述的離心洗樣按常規(guī)方法進(jìn)行。本發(fā)明的有益效果是制備出Bi2Te3納米晶；并且可以通過(guò)改變反應(yīng)溫度和保溫時(shí)間，實(shí)現(xiàn)尺寸、形貌可控的碲化鉍納米晶的制備。


圖1為實(shí)施例2制備的Bi2Te3樣品的X射線衍射譜。圖2為實(shí)施例2在140°C保持2小時(shí)后制備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖3為實(shí)施例3在160°C保持2小時(shí)后制備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖4為實(shí)施例4在180°C保持2小時(shí)后制備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖5為實(shí)施例5在200°C保持2小時(shí)后制備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖6為實(shí)施例6在220°C保持2小時(shí)后制備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖7為實(shí)施例7在240°C保持2小時(shí)后制備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖8為實(shí)施例8在200°C保持30分鐘后制備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖9為實(shí)施例9在200°C保持I小時(shí)后制備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖10為實(shí)施例9在200°C保持I小時(shí)后制備的Bi2Te3樣品的高分辨透射電鏡照片。圖11為實(shí)施例10在200°C保持4小時(shí)后制備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖12為實(shí)施例11在200°C保持6小時(shí)后制備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合下列實(shí)施例更加具體地描述本發(fā)明，如無(wú)特殊說(shuō)明，所用試劑均為市售可獲得的產(chǎn)品，并未加進(jìn)一步提純使用。實(shí)施例1碲的三辛基膦溶液的配制配制濃度為O. 2mol/L的碲的三辛基膦溶液，具體操作工藝如下將碲粉和三辛基膦混合至50mL圓底三頸瓶中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下升溫至200°C保持4小時(shí)后自然將至室溫，并貯存以備用。也可以在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下升溫至250°C保持2小時(shí)后自然將至室溫，配制得到濃度為O. 2mol/L的碲的三辛基膦溶液。實(shí)施例2在反應(yīng)溫度為140°C保持2小時(shí)后制備的分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中并伴隨著強(qiáng)烈的磁力攪拌，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨后逐漸降至室溫。在室溫下將事先配制的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然后升至140°C并保持2小時(shí)。圖1為制得的樣品的X射線衍射圖，為三角晶系的Bi2Te315如圖2所示，從所制得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶直徑為230nm。實(shí)施例3在反應(yīng)溫度為160°C保持2小時(shí)后制備的分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中并伴隨著強(qiáng)烈的磁力攪拌，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨后逐漸降至室溫。在室溫下將事先配制的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然后升至160°C并保持2小時(shí)。如圖3所示，從所制得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶直徑為345nm。實(shí)施例4在反應(yīng)溫度為180°C保持2小時(shí)后制備的分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶
首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中并伴隨著強(qiáng)烈的磁力攪拌，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨后逐漸降至室溫。在室溫下將事先配制的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然后升至180°C并保持2小時(shí)。如圖4所示，從所制得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶直徑為450nm。實(shí)施例5在反應(yīng)溫度為200°C保持2小時(shí)后制備的分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中并伴隨著強(qiáng)烈的磁力攪拌，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨后逐漸降至室溫。在室溫下將事先配制的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然后升至200°C并保持2小時(shí)。如圖5所示，從所制得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶直徑為470nm。實(shí)施例6在反應(yīng)溫度為220°C保持2小時(shí)后制備的分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶
·
首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中并伴隨著強(qiáng)烈的磁力攪拌，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨后逐漸降至室溫。在室溫下將事先配制的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然后升至220°C并保持2小時(shí)。如圖6所示，從所制得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶直徑為520nm。實(shí)施例7在反應(yīng)溫度為240°C保持2小時(shí)后制備的分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中并伴隨著強(qiáng)烈的磁力攪拌，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨后逐漸降至室溫。在室溫下將事先配制的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然后升至240°C并保持2小時(shí)。如圖7所示，從所制得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶直徑為565nm。實(shí)施例8在反應(yīng)溫度為200°C保持30分鐘后制備的分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中并伴隨著強(qiáng)烈的磁力攪拌，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨后逐漸降至室溫。在室溫下將事先配制的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然后升至200°C并保持30分鐘。如圖8所示，從所制得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶直徑為320nm。實(shí)施例9在反應(yīng)溫度為200°C保持I小時(shí)后制備的分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中并伴隨著強(qiáng)烈的磁力攪拌，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨后逐漸降至室溫。在室溫下將事先配制的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然后升至200°C并保持I小時(shí)。如圖9所示，從所制得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶直徑為430nm。從圖10中的樣品的高分辨透射電子顯微鏡可以看到，條紋間距為3.245 A,對(duì)應(yīng)于三角晶系的(015)晶面間距。實(shí)施例10在反應(yīng)溫度為200°C保持4小時(shí)后制備的分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中并伴隨著強(qiáng)烈的磁力攪拌，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨后逐漸降至室溫。在室溫下將事先配制的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然后升至200°C并保持4小時(shí)。如圖11所示，從所制得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3m米晶直徑為535nm。實(shí)施例11在反應(yīng)溫度為200°C保持6小時(shí)后制備的分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中并伴隨著強(qiáng)烈的磁力攪拌，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨后逐漸降至室溫。在室溫下將事先配制的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然后升至200°C并保持6小時(shí)。如圖12所示，從所制得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶直徑約為550 nm。
權(quán)利要求
1.一種分級(jí)結(jié)構(gòu)的碲化鉍納米晶，分子式為Bi2Te3 ;形貌為納米片交叉成花狀后，相連構(gòu)成毛毛蟲(chóng)狀；平均直徑為23(T565nm。
2.—種權(quán)利要求1的分級(jí)結(jié)構(gòu)的碲化鉍納米晶的制備方法，有如下過(guò)程， (O配制碲的三辛基膦溶液將碲粉和三辛基膦混合，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下升溫至20(T250°C保持2 4小時(shí)后自然降至室溫，得到濃度為O. 2mol/L的碲的三辛基膦溶液貯存?zhèn)溆? (2)分級(jí)結(jié)構(gòu)Bi2Te3納米晶的制備將醋酸鉍，油酸和十八烯裝入容器中進(jìn)行磁力攪拌，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下升溫至醋酸鉍完全溶解；之后降至室溫，將碲的三辛基膦溶液加入到容器中，在14(T240°C下反應(yīng)并保溫O. 5飛小時(shí)；經(jīng)離心洗樣得到碲化鉍粉體；其中按摩爾比醋酸秘締=2 : 3,按體積比油酸十八烯=1 6,油酸的用量按每mmol醋酸秘加入5mL油酸計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明的一種分級(jí)結(jié)構(gòu)的碲化鉍納米晶及其制備方法屬于納米材料及其合成方法的技術(shù)領(lǐng)域。首先將醋酸鉍，油酸和十八烯裝入容器中并伴隨著磁力攪拌，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨后逐漸降至室溫。在室溫下將事先配制的碲的三辛基膦溶液加入到容器中，在140~240℃下反應(yīng)并保溫0.5~6小時(shí)。本發(fā)明利用溶膠–凝膠法制備出分級(jí)結(jié)構(gòu)的碲化鉍納米晶，并可以通過(guò)改變反應(yīng)溫度和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)碲化鉍納米晶尺寸、形貌的控制。
文檔編號(hào)B82Y30/00GK103058151SQ201310016348
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者鄒勃, 肖冠軍 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)