一種水合肼輔助多元醇基溶液合成β相硒化銦片狀納米晶的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水合肼輔助多元醇基溶液合成β相硒化銦片狀納米晶的方法，先稱取0.1mol四水合氯化銦溶解于10ml三乙二醇中，得到陽離子前驅(qū)體溶液；另在三口圓底燒瓶中加入40ml三乙二醇，添加0.15mmol硒粉，再添加水合肼0.1ml，通入氮氣，得到陰離子源反應(yīng)基液。將三口瓶置于熱式反應(yīng)回流裝置中，通入氮氣，緩慢加熱陰離子源反應(yīng)基液，至注入溫度/回流溫度為250/250℃～270/270℃時快速注入陽離子前驅(qū)體溶液，得到含有硒化銦納米晶的反應(yīng)溶液，再將反應(yīng)溶液離心分離和純化，制得In2Se3納米晶。本發(fā)明的整個反應(yīng)條件溫和，安全低毒，操作簡便，成本低，產(chǎn)物物相單一穩(wěn)定，化學(xué)計量比符合標(biāo)準(zhǔn)比例，重復(fù)性較好。
【專利說明】一種水合肼輔助多元醇基溶液合成P相硒化銦片狀納米 晶的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是關(guān)于納米材料的，特別涉及一種多元醇基溶液合成0相硒化銦片狀納 米晶的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 硒化銦（In2Se3)作為一種III - VI族的金屬硫族化合物，具有優(yōu)良的可見光吸收 性能以及相變存儲性能，在光探測器、濾光設(shè)備、傳感器、太陽能電池和光解水組件、以及相 變存儲器等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。硒化銦是一種n型半導(dǎo)體，具有直接帶隙。111 2563具 有雙層結(jié)構(gòu)，其層內(nèi)較強的化學(xué)鍵作用力和層與層間較弱的范德華力使得硒化銦具有各向 異性結(jié)構(gòu)，進而擁有優(yōu)良的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)性能。
[0003] In2Se3具有多種晶體結(jié)構(gòu)，分別為a，@，y，S，k，其中a，@，y相為其常見 結(jié)構(gòu)。a相In2Se3被認為在常溫下穩(wěn)定存在，具有a (3R)和a (2H)兩種晶格結(jié)構(gòu)，其禁 帶寬度為1. 36eV，在200°C可以轉(zhuǎn)變?yōu)?相。a (3R)是三層的菱方結(jié)構(gòu)，晶格點陣為R3m ; 而a (2H)的晶格點陣為P63，具有兩層的六方結(jié)構(gòu)。@相與a相In2Se3類似，具有M3R) 和@ (2H)兩種晶格結(jié)構(gòu)，但是相應(yīng)結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)發(fā)生變化，禁帶寬度也由1.36eV轉(zhuǎn)變 為1. 55eV。Y相In2Se3被認為是一種具有有序空間缺陷的纖鋅礦晶體，六方晶體構(gòu)型，其 1/3的空位缺陷沿C軸有序螺旋排布.其禁帶寬度為1. 8eV，大致在350°C時由低溫相轉(zhuǎn)變 得到。
[0004] 對于In2Se3納米材料的合成仍然處于探索階段，其合成方法主要有液相法和氣相 法兩類。氣相法制備In 2Se3m米材料存在工藝復(fù)雜、成本高昂、需要高度的真空環(huán)境、大 面積沉積時不均勻及化學(xué)計量較難控制等缺點，限制了其規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。液相法制備 In 2Se3納米材料大多采用水熱法、加壓溶劑熱法，并且大多使用三正辛基膦、油胺等有機溶 劑作為反應(yīng)劑，用以促進硒粉溶解。但是，上述有機溶劑反應(yīng)成本較高，易產(chǎn)生一定污染，實 驗需要采取持續(xù)性保護措施，伴隨溶液加熱揮發(fā)有害氣體，難以進行規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005] 為此，開發(fā)一種成本低廉、工藝簡便的綠色合成方法制備In2Se 3納米晶材料以及 推廣其應(yīng)用有著重要的意義和實用價值。本發(fā)明針對現(xiàn)有制備技術(shù)的缺點，采用少污染、低 毒性、高沸點、低成本的低碳鏈多元醇溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，采用多元醇基溶液化學(xué)合成法， 以水合肼為反應(yīng)輔助劑，制備此前未有報道的0相〗!!#%片狀納米晶。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的成本高、存在污染的缺點，采用少污染、低毒性、高沸點、低 成本的低碳鏈多元醇溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，采用多元醇基溶液化學(xué)合成法，以水合肼為反應(yīng) 輔助劑，提供一種工藝安全、綠色無毒、操作簡單、成本低、合成產(chǎn)物物相穩(wěn)定單一、可利于 產(chǎn)物純度與化學(xué)計量控制的制備In 2Se3片狀納米晶的方法。
[0007] 本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0008] -種水合肼輔助多元醇基溶液合成0相硒化銦片狀納米晶的方法，具有如下步 驟：
[0009] (1)配制前驅(qū)體溶液
[0010] 稱取〇? lmol四水合氯化銦即0? 0293g，將原料溶解于10ml三乙二醇中，30°C條件 下攪拌30min溶解，得到穩(wěn)定的陽離子前驅(qū)體溶液；
[0011] 在三口圓底燒瓶中加入40ml三乙二醇，并添加0. 15mmol硒粉即0.0118g，再添加 水合肼N2H4 ? H20為0? lml，通入氮氣，磁力攪拌5min，得到陰離子源反應(yīng)基液；
[0012] (2)回流反應(yīng)合成In2Se3納米晶
[0013] 將三口瓶置于熱式反應(yīng)回流裝置中，向三口瓶內(nèi)通入氮氣，緩慢加熱陰離子源反 應(yīng)基液，至注入溫度/回流溫度為250/250°C?270/270°C時快速注入陽離子前驅(qū)體溶液， 觸發(fā)反應(yīng)進行；繼續(xù)加熱使回流溫度保持在注入溫度下回流，回流時間為10?40min，即得 到含有硒化銦納米晶的反應(yīng)溶液；
[0014] (3)將步驟（2)得到的含有硒化銦納米晶的反應(yīng)溶液進行高速離心分離，得到納 米晶，再對納米晶用乙醇溶劑稀釋、超聲清洗、離心提取，反復(fù)4?6個循環(huán)完成純化，制得 In 2Se3納米晶。
[0015] 所述步驟（2)的注入溫度/回流溫度為270/270°C。
[0016] 所述步驟⑵的回流時間為30min。
[0017] 本發(fā)明的有益效果：提供了一種以無機鹽為先質(zhì)，多元醇為溶劑，水合肼為輔助劑 的制備In2Se3片狀納米晶的方法，整個反應(yīng)條件溫和，安全低毒，操作簡便，成本低。在優(yōu)化 條件下，按照In2Se3的化學(xué)計量比投料，產(chǎn)物物相單一穩(wěn)定，化學(xué)計量比符合標(biāo)準(zhǔn)比例，重 復(fù)性較好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是實施例6合成產(chǎn)物的XRD圖譜；
[0019] 圖2是實施例6合成產(chǎn)物的SEM圖片；
[0020] 圖3是實施例6合成產(chǎn)物的EDS譜圖；
[0021] 圖4是實施例6合成產(chǎn)物的光吸收譜。

【具體實施方式】
[0022] 本發(fā)明所用原料均為分析純原料，具體實施例如下：
[0023] 首先稱取0. lmol四水合氯化銦即0. 0293g，將原料溶解于10ml三乙二醇中，30°C 條件下攪拌30min溶解，得到穩(wěn)定的陽離子前驅(qū)體溶液。在三口圓底燒瓶中加入40ml三乙 二醇，并添加0. 15mmol硒粉即0. 0118g，再添加0?0. lml水合肼（N2H4.H20)，通入氮氣， 磁力攪拌5min，得到陰離子源反應(yīng)基液。
[0024] 將三口瓶置于熱式反應(yīng)回流裝置中，向三口瓶內(nèi)通入氮氣，緩慢加熱陰離子源反 應(yīng)基液，至170?270°C時快速注入陽離子前驅(qū)體溶液，觸發(fā)反應(yīng)進行；繼續(xù)加熱使回流溫 度保持在注入溫度下反應(yīng)回流0?40min，即得到含有In 2Se3片狀納米晶的合成反應(yīng)溶液。
[0025] 將上述含有In2Se3片狀納米晶的合成反應(yīng)溶液進行高速離心分離，得到納米晶， 再對納米晶用乙醇溶劑稀釋、超聲清洗、離心提取，反復(fù)4?6個循環(huán)完成純化，制得In 2Se3 片狀納米晶。
[0026] 本發(fā)明具體實施例的有關(guān)反應(yīng)溫度、回流時間以及水合肼添加量詳見表1。
[0027]表1

【權(quán)利要求】
1. 一種水合肼輔助多元醇基溶液合成β相硒化銦片狀納米晶的方法，具有如下步驟： (1) 配制前驅(qū)體溶液 稱取0. lmol四水合氯化銦即0. 0293g，將原料溶解于10ml三乙二醇中，30°C條件下攪 拌30min溶解，得到穩(wěn)定的陽離子前驅(qū)體溶液； 在三口圓底燒瓶中加入40ml三乙二醇，并添加0. 15mmol硒粉即0. 0118g，再添加水合 肼Ν2Η4 · H20為0· lml，通入氮氣，磁力攪拌5min，得到陰離子源反應(yīng)基液； (2) 回流反應(yīng)合成In2Se3納米晶 將三口瓶置于熱式反應(yīng)回流裝置中，向三口瓶內(nèi)通入氮氣，緩慢加熱陰離子源反應(yīng)基 液，至注入溫度/回流溫度為250/250°C?270/270°C時快速注入陽離子前驅(qū)體溶液，觸發(fā) 反應(yīng)進行；繼續(xù)加熱使回流溫度保持在注入溫度下回流，回流時間為10?40min，即得到含 有硒化銦納米晶的反應(yīng)溶液； (3) 將步驟（2)得到的含有硒化銦納米晶的反應(yīng)溶液進行高速離心分離，得到納米晶， 再對納米晶用乙醇溶劑稀釋、超聲清洗、離心提取，反復(fù)4?6個循環(huán)完成純化，制得In 2Se3 納米晶。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水合肼輔助多元醇基溶液合成β相硒化銦片狀納米晶 的方法，其特征在于，所述步驟（2)的注入溫度/回流溫度為270/270°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水合肼輔助多元醇基溶液合成β相硒化銦片狀納米晶 的方法，其特征在于，所述步驟（2)的回流時間為30min。
【文檔編號】B82Y30/00GK104291278SQ201410498541
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】靳正國, 李彤霏, 王健, 賴俊云 申請人:天津大學(xué)