專利名稱：啞鈴狀Sb₂Te₃-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的水熱合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域,涉及到水熱反應合成納米材料,尤其涉及啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的水熱合成方法。
背景技術(shù)：
近年來，納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)由于具備兩種材料的復合特性而引起了越來越多研究者的興趣。半導體納米材料由于具有量子尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應，表現(xiàn)出獨特的電子和光學性質(zhì)。目前人們正從單一材料單一形貌的粒子，轉(zhuǎn)向兩種或多種不同材料組成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，探索其新穎的性質(zhì)?；诮饘?半導體異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)材料的能帶結(jié)構(gòu)和電荷分布，改善材料的電學、光學與催化性能，因此成為材料科學和技術(shù)領(lǐng)域的重點研究對象?！b2Te3是一種具有輝碲鉍礦結(jié)構(gòu)的層狀半導體，這種化合物以及它的衍生物在常溫下被認為具有最好的熱電應用價值。同時，碲是一種具有O. 3eV的重要的窄禁帶寬度的半導體材料，因此這種物質(zhì)在高效光電以及熱電方面有很大的應用潛力。這兩種半導體材料組成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，能夠很好的操控交界面的散射聲子和總的電導率。不使用有機連結(jié)介質(zhì)而將擁有不同性質(zhì)或功能的納米結(jié)構(gòu)整合在一種材料中，納米尺度異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的合成為此提供了有效的途徑。與單一功能納米材料不同，由于納米晶體在微觀尺度的有序組合不僅可以保持原有材料的性質(zhì)，同時組元材料的有效接觸將使得異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的性能得到增強。水熱法具有設(shè)備簡單、原料容易獲得、得到的產(chǎn)物純度高、均勻性好、化學組成控制準確等優(yōu)點而受到許多研究學者的青睞。水熱法是在特制的密閉反應器(高壓釜)中，以水或有機溶劑等流體為反應物質(zhì)，通過將反應體系加熱至臨界溫度(或者是接近臨界溫度)，創(chuàng)造出一個高溫高壓反應環(huán)境，促使反應在液相或氣相中進行，使原本難溶或不溶的物質(zhì)溶劑并重結(jié)晶，再經(jīng)過分離和熱處理得到產(chǎn)物的一種有效方法。水熱法具有以下優(yōu)點
(I)采用中溫(一般在12(T220°C之間)液相控制，能耗相對較低，適用性廣，既可用于尺寸較小的納米粒子制備，也可以得到尺寸較大的單晶；(2)原料相對廉價易得，反應在液相快速對流中進行，產(chǎn)率高、物相均勻、純度高、結(jié)晶良好，而且形狀大小可控；(3)在水熱過程中，可通過調(diào)節(jié)反應溫度、壓力、時間、PH值、前驅(qū)物和表面活性劑等，達到有效控制反應和晶體生長特性的目的；(4)反應在密封的容器中進行，適用于有毒體系中的合成反應，可減少環(huán)境污染。具有優(yōu)良熱電性能的Sb2Te3和具有O. 3eV禁帶寬度的Te的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料卻沒有被合成過，對于此種異質(zhì)結(jié)構(gòu)潛在的熱電及其他應用不能得到很好的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種合成啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法。啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的水熱合成方法，是以酒石酸為絡合劑與三氯化銻形成絡合物，氨水堿化，和亞碲酸鉀在水合肼的還原作用下，經(jīng)水熱反應后離心洗滌干燥而成。本發(fā)明包括如下反應步驟
步驟A、取一定量的三氯化銻和酒石酸混合于去離子水中形成透明溶液，所述的三氯化銻和酒石酸的質(zhì)量比為1:2(Γ50，所述去離子水的體積為l.(T3.0ml ；
步驟B、取一定量的亞碲酸鉀溶于去離子水中形成透明溶液，所述的亞碲酸鉀與步驟A中三氯化銻的質(zhì)量比為1:1. 5^3. 5，所述去離子的水體積為3. O 5. Oml ；
步驟C、量取一定體積的水合肼和氨水于聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應釜中，其中所述的水合肼和氨水的體積均為l(T20ml，所述的反應釜體積為50mL ；
步驟D、將步驟A和步驟B制得的透明溶液置于所述的反應釜中，恒溫170 190°C反應3 5 h ；
步驟E、將步驟D獲得的產(chǎn)物高速離心，用分析純無水乙醇洗滌5次，在50°C下真空干燥2 h。圖I是制備的啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的XRD圖，從圖中的峰位置和峰強度與標準卡片的對比可以得出，產(chǎn)物中存在兩種單晶=Sb2Te3和Te ;從圖2是制備的啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的SEM圖，從圖中可以看出，啞鈴狀結(jié)構(gòu)由Sb2Te3六邊形納米片和Te納米棒組成，納米片直徑在400-500nm,納米棒長度在I微米。


圖I為制備的啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的X射線衍射分析圖(XRD)；
圖2為制備的啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖(SEM)；
圖3為制備的啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的掃描透射電子顯微圖(STEM)；
圖4為制備的啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的透射電鏡圖(TEM)。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。實施例I
一種啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的溶劑熱合成方法，具體步驟如下
(1)用電子天平分別稱取O.022g三氯化銻和O. 8g酒石酸于50ml燒杯中，加入2ml去離子水，超聲3min,形成透明溶液；
(2)用25ml量筒量取15ml水合肼(85%)和15ml氨水(25 28%)于50ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應釜中；
(3)用電子天平稱取O.038g亞碲酸鉀，溶于4ml去離子水中，超聲形成透明溶液，置于上述反應釜中，將(I)和(2)中所得透明溶液轉(zhuǎn)移至反應釜中；
(4)加入適合大小的攪拌子,在500rpm轉(zhuǎn)速下,攪拌5min；
(5)將反應釜密封放入180°C烘箱中恒溫保持3h，然后自然冷卻至室溫，用無水乙醇洗滌5遍，于50°C真空烘箱中干燥2h，得到黑色粉末。圖I是制備的啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的XRD圖，將圖中的峰位置和峰強度與標準卡片的對比可以得出，產(chǎn)物中存在兩種單晶=Sb2Te3和Te。圖2為制備的啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的SEM圖，從圖中可以看出，啞鈴狀結(jié)構(gòu)由Sb2Te3六邊形納米片和Te納米棒組成,納米片直徑在500nm左右,納米棒長度在I微米左右。圖3為制備的啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的STEM圖，從圖中可以看出制備得到的啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)是由Sb2Te3的納米片和Te的納米棒組成
圖4為制備的啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的TEM圖，從圖中可以看出，產(chǎn)物由納米片和納米棒組成。實施例2
(1)用電子天平分別稱取O.022g三氯化銻和O. 4g酒石酸于50ml燒杯中，加入Iml去·離子水，超聲3min,形成透明溶液；
(2)用25ml量筒量取IOml水合肼(85%)和IOml氨水(25 28%)于50ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應釜中；
(3)用電子天平稱取O.038g亞碲酸鉀，溶于3ml去離子水中，超聲形成透明溶液，置于上述反應釜中，將(I)和(2)中所得透明溶液轉(zhuǎn)移至反應釜中；
(4)加入適合大小的攪拌子,在500rpm轉(zhuǎn)速下,攪拌5min；
(5)將反應釜密封放入170°C烘箱中恒溫保持3h，然后自然冷卻至室溫，用無水乙醇洗滌5遍，于50°C真空烘箱中干燥2h，得到黑色粉末。實施例3
(1)用電子天平分別稱取O.022g三氯化銻和O. 6g酒石酸于50ml燒杯中，加入I. 5ml去離子水，超聲3min,形成透明溶液；
(2)用25ml量筒量取13ml水合肼(85%)和13ml氨水(25 28%)于50ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應釜中；
(3)用電子天平稱取O.038g亞碲酸鉀，溶于3. 5ml去離子水中，超聲形成透明溶液，置于上述反應釜中，將(I)和(2)中所得透明溶液轉(zhuǎn)移至反應釜中；
(4)加入適合大小的攪拌子,在500rpm轉(zhuǎn)速下,攪拌5min；
(5)將反應釜密封放入175°C烘箱中恒溫保持3.5h，然后自然冷卻至室溫，用無水乙醇洗滌5遍，于50°C真空烘箱中干燥2h，得到黑色粉末。實施例4
(1)用電子天平分別稱取O.022g三氯化銻和I. Og酒石酸于50ml燒杯中，加入3ml去離子水，超聲3min,形成透明溶液；
(2)用25ml量筒量取20ml水合肼(85%)和20ml氨水(25 28%)于50ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應釜中；
(3)用電子天平稱取O.038g亞碲酸鉀，溶于5ml去離子水中，超聲形成透明溶液，置于上述反應釜中，將(I)和(2)中所得透明溶液轉(zhuǎn)移至反應釜中；
(4)加入適合大小的攪拌子,在500rpm轉(zhuǎn)速下,攪拌5min；
(5)將反應釜密封放入190°C烘箱中恒溫保持5h，然后自然冷卻至室溫，用無水乙醇洗滌5遍，于50°C真空烘箱中干燥2h，得到黑色粉末。實施例5(1)用電子天平分別稱取O.022g三氯化銻和O. 8g酒石酸于50ml燒杯中，加入2ml去離子水，超聲3min,形成透明溶液；
(2)用25ml量筒量取15ml水合肼(85%)15ml氨水(25 28%)于50ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應釜中；
(3)用電子天平稱取O.0665g亞碲酸鉀，溶于4ml去離子水中，超聲形成透明溶液，置于上述反應釜中，將(I)和(2)中所得透明溶液轉(zhuǎn)移至反應釜中；
(4)加入適合大小的攪拌子,在500rpm轉(zhuǎn)速下,攪拌5min；
(5)將反應釜密封放入180°C烘箱中恒溫保持3h，然后自然冷卻至室溫，用無水乙醇洗滌5遍，于50°C真空烘箱中干燥2h，得到黑色粉末。實施例6:· (1)用電子天平分別稱取O.022g三氯化銻和O. 8g酒石酸于50ml燒杯中，加入2ml去離子水，超聲3min,形成透明溶液；
(2)用25ml量筒量取15ml水合肼(85%)和15ml氨水(25 28%)于50ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應釜中；
(3)用電子天平稱取O.0285g亞碲酸鉀，溶于4ml去離子水中，超聲形成透明溶液，置于上述反應釜中，將(I)和(2)中所得透明溶液轉(zhuǎn)移至反應釜中；
(4)加入適合大小的攪拌子,在500rpm轉(zhuǎn)速下,攪拌5min；
(5)將反應釜密封放入180°C烘箱中恒溫保持4h，然后自然冷卻至室溫，用無水乙醇洗滌5遍，于50°C真空烘箱中干燥2h，得到黑色粉末。
權(quán)利要求
1.啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的水熱合成方法，是以酒石酸為絡合劑與三氯化銻形成絡合物，氨水堿化，和亞碲酸鉀在水合肼的還原作用下，經(jīng)水熱反應后離心洗滌干燥而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的水熱合成方法，其特征在于，包括如下反應步驟 步驟A、取一定量的三氯化銻和酒石酸混合于去離子水中形成透明溶液，所述的三氯化銻和酒石酸的質(zhì)量比為1:2(Γ50，所述去離子水的體積為l.(T3.0ml ； 步驟B、取一定量的亞碲酸鉀溶于去離子水中形成透明溶液，所述的亞碲酸鉀與步驟A中三氯化銻的質(zhì)量比為1:1. 5^3. 5，所述去離子的水體積為3. O 5. Oml ； 步驟C、量取一定體積的水合肼和氨水于聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應釜中，其中所述的水合肼和氨水的體積均為l(T20ml，所述的反應釜體積為50mL ； 步驟D、將步驟A和步驟B制得的透明溶液置于所述的反應釜中，恒溫170 190°C反應3 5 h ； 步驟E、將步驟D獲得的產(chǎn)物高速離心，用分析純無水乙醇洗滌5次，在50°C下真空干燥2 h。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水熱合成方法制備啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其特征在于啞鈴狀結(jié)構(gòu)由Sb2Te3六邊形納米片和Te納米棒組成,納米片直徑在40(T500nm,納米棒長度在I微米。
全文摘要
本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及到水熱反應合成納米材料，尤其涉及啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的水熱合成方法。具有優(yōu)良熱電性能的Sb2Te3和具有0.3eV禁帶寬度的Te的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，卻沒有被合成過。本發(fā)明公開的啞鈴狀Sb2Te3-Te異質(zhì)結(jié)構(gòu)的水熱合成方法，是以酒石酸為絡合劑與三氯化銻形成絡合物，氨水堿化，和亞碲酸鉀在水合肼的還原作用下，經(jīng)水熱反應后離心洗滌干燥而成。水熱反應得到的得到黑色粉末啞鈴狀結(jié)構(gòu)，由Sb2Te3六邊形納米片和Te納米棒組成，納米片直徑在400-500nm，納米棒長度在1微米。
文檔編號C30B7/10GK102899713SQ20121031892
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月3日
發(fā)明者施偉東, 于帥, 范偉強, 劉裴 申請人:江蘇大學