一种制备Bi2(SexTe1‑x)3单晶纳米片的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备Bi2(SexTe1‑x)3单晶纳米片的方法，该方法是在高压反应釜里，加入碲粉末、硒粉末及有机溶剂，搅拌15~35分钟后加入氯化铋，继续搅拌15~35分钟后将反应釜密封并置于180‑200℃温度下保持12‑48小时，进行溶剂热反应，将反应产物用去离子水、无水乙醇清洗1~3遍，真空干燥并收集，得最终产物Bi2(SexTe1‑x)3单晶纳米片。本发明专利技术使用溶剂热法，以二亚乙基三胺为溶剂，氯化铋和碲、硒单质粉末为前驱物，无其它表面活性剂辅助下，合成组分可调Bi2(SexTe1‑x)3单晶纳米片，所获得的Bi2(SexTe1‑x)3单晶纳米片其结晶性、分散性好；本发明专利技术制备方法环境污染小，方法简单，易于操作和推广，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种制备Bi2(SexTe1-x)3单晶纳米片的方法
本专利技术涉及一种半导体纳米材料的制备方法，具体是一种直接通过溶剂热法制备Bi2(SexTe1-x)3单晶纳米片的方法，属于半导体纳米材料及其制备的

技术介绍
五六族二元及三元化合物半导体纳米材料，由于其特殊的非线性性质、荧光特性、量子尺寸效应和其它的重要物理化学性质而具有广泛的应用前景，可以作为热电和光电元件应用于各种仪器和设备中。热电材料制冷是一种新型环保的制冷方式。在国内，热电材料主要应用在小型的制冷装置，如红外探测、计算机、光电子领域小功率的制冷，以及在生物试样冷藏、医学等方面的应用。如果能进一步提高热电材料的转换效率，热电材料有望改变氟利昂制冷的现状，成为新一代的制冷材料，这对于可持续发展和环境保护都是非常有益的技术。应用热电效应进行发电或制冷时，其能量转换效率与热电材料的热电性能指数密切相关。因此提高热电材料热电性能指数是当今科学家研究的一大热门课题。Ioffe等人提出了短程无序的理论，他们认为材料短程有序性的破坏，能够提高材料对声子的散射，如果能同时保持材料的长程有序性，就能够不破坏载流子的迁移效率，同时杂质的引入会增加短程无序性，进一步降低材料的晶格热导率。通常在Bi2Te3中用Sb、Se来作为合金元素调节能带结构，达到降低热导率的目的。除了掺杂，在1993年，Dresselhaus等人提出了低维化的理论。认为根据热电材料的特性，低维化能够有效提高热电材料的性能。此后Venkatasubramian等人在实验中也证明了低维化对Bi2Te3基材料具有的显著效果。低维化的热电材料会产生量子限域效应，影响材料的Seebeck系数、电导率和电阻率。另一方面纳米结构引入了大量的晶界，能够大大提高材料的晶界密度。晶界对声子的散射能力很强，而对载流子的散射相对较弱，这就使得材料的电导率大大下降，电导率得意保持，热电性能得到提高。因此，Bi2Te3基纳米材料的制备引起了科学家们的广泛关注。目前最常用的合成方法有水热溶剂热法、气相法、球磨法。溶剂热法：如2009年，李晓光及其课题组以乙二醇为溶剂，五族氧化物和六族氧化物为前驱物，以聚乙烯吡咯烷酮和氢氧化钠来控制产物形貌，合成出多种组分五六族二元及三元系六方形貌的纳米片，参阅CrystalGrowth﹠Design第9卷第145页。气相法：如2014年，程国胜、孔涛及其课题组以Sb2Se3和Bi2Se3混合后做为前驱物，中心温区温度维持在380摄氏度，以金为催化剂镀于硅片上作为衬底，用氩气做保护气体，气流量200sccm，压力维持在10托，反应12个小时，生长（Sb1-xBix）2Se3纳米线，参阅Adv.Funct.Mater第24卷第3581页。球磨法：如2010年，任志峰课题组以高纯的碲、铋、硒粉末按一定比例作为前驱物进行高能球磨制备粒径在20-50nm的Bi2Te2.7Se0.3颗粒。其ab面的ZT值与传统碲化铋基n型单晶材料相比提高了22%，参阅NanoLett第10卷第3373页。现有技术中，其制备方法操作过程繁杂或要求实验条件苛刻。而使用溶剂热法以二亚乙基三胺为溶剂，氯化铋和碲、硒单质粉末为前驱物，无任何模板剂合成组分可调Bi2(SexTe1-x)3单晶纳米片还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用溶剂热法以二亚乙基三胺为溶剂，氯化铋和碲、硒单质粉末为前驱物，无其它表面活性剂辅助下，合成组分可调Bi2(SexTe1-x)3单晶纳米的制备方法，该方法具有可在低温下进行，工艺流程简单，对环境污染小，所得产物结晶性、分散性较好等优点。本专利技术的技术方案如下：一种制备Bi2(SexTe1-x)3单晶纳米片的方法，采用如下步骤：在高压反应釜里，加入碲粉末、硒粉末及有机溶剂，搅拌15~35分钟，加入氯化铋，继续搅拌15~35分钟后，将反应釜密封并置于180-200℃下进行溶剂热反应，然后将反应产物用去离子水、无水乙醇清洗1~3遍，真空干燥并收集最终产物，即获得Bi2(SexTe1-x)3单晶纳米片。优选的，所述有机溶剂为二亚乙基三胺。优选的，所述有机溶剂的加入量为：每毫摩尔氯化铋加入30-40毫升有机溶剂。优选的，所述氯化铋与碲粉末和硒粉末混合物的摩尔比为2:3。优选的，所述碲粉末和硒粉末的摩尔比是0-1:1-0。优选的，所述溶剂热反应时间为12-48小时。优选的，所述搅拌的转速为1000-2000转/分钟。与现有技术相比，本专利技术的特点在于：采用本专利技术的方法可以制备从Bi2Te3到Bi2Se3所有组分的Bi2(SexTe1-x)3单晶纳米片。使用本专利技术的溶剂热法制备出的Bi2(SexTe1-x)3单晶纳米片其结晶性、分散性好，整个制备过程在密闭体系中可有效防止有毒气体的挥发，对环境污染小，本专利技术方法简单，易于操作、推广，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。附图说明图1为实施例1中所得产物的扫描电子显微镜图片。图2为实施例1中所得产物的X射线衍射图片。图3为实施例1中所得产物的透射电子显微镜图片。图4为实施例1中所得产物的能量色散光谱图片。图5为实施例1中所得产物的选区电子衍射图片。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本专利技术，并不限制本专利技术的范围。实施例1在高压反应釜里，加入1mmol碲(Te)粉末和0.5mmol硒(Se)粉末及30mL有机溶剂二亚乙基三胺，搅拌20分钟后加入1mmol的氯化铋(BiCl3)，继续搅拌20min后将反应釜密封并置于200℃温度下保持24小时，进行溶剂热反应，然后将反应产物用去离子水、无水乙醇清洗，真空干燥并收集最终产物。所得产物的扫描电子显微镜图可以清晰的看到薄片状结构，如图1所示。其X射线衍射图分析结果表明该产物物相为Bi2Te2Se，如图2所示。结合图3的透射电子显微镜图及图1可以看出所得产物厚度很薄。能量色散光谱可以看出该产物为Bi、Te、Se三元系且Bi：Te：Se原子百分比为39:41:20，该结果与最初合成时前驱物加入量比例接近，如图4所示。选区电子衍射图样可以清晰看出该产物为单晶，如图5所示。实施例2在高压反应釜里，加入1mmolTe粉末和0.5mmolSe粉末及40mL有机溶剂二亚乙基三胺，搅拌20分钟后加入1mmol的氯化铋(BiCl3)，继续搅拌20min后将反应釜密封并置于200℃温度下保持24小时，进行溶剂热反应，然后将反应产物用去离子水、无水乙醇清洗，真空干燥并收集最终产物。经测定，该产物为Bi2SeTe2。实施例3在高压反应釜里，加入0.5mmolTe粉末和1mmolSe粉末及30mL有机溶剂二亚乙基三胺，搅拌30min后加入1mmol的BiCl3，继续搅拌30min后将反应釜密封并置于180℃温度下保持24小时，进行溶剂热反应，然后将反应产物用去离子水、无水乙醇清洗，真空干燥并收集最终产物。经测定，该产物为Bi2Se1.7Te1.3。实施例4在高压反应釜里，加入1.5mmolTe粉末及30mL有机溶剂二亚乙基三胺，搅拌20min后加入1mmol的BiCl3，继续搅拌20min后将反应釜密封并置于180℃温度下保持24小时，进行溶剂热反应，然后将反应产物用去离子水、无水乙醇清洗，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备Bi2(SexTe1‑x)3单晶纳米片的方法，其特征在于：采用如下步骤：在高压反应釜里，加入碲粉末、硒粉末及有机溶剂，搅拌15~35分钟，加入氯化铋，继续搅拌15~35分钟后，将反应釜密封并置于180‑200℃下进行溶剂热反应，然后将反应产物用去离子水、无水乙醇清洗1~3遍，真空干燥并收集最终产物，即获得Bi2(SexTe1‑x)3单晶纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种制备Bi2(SexTe1-x)3单晶纳米片的方法，其特征在于：采用如下步骤：在高压反应釜里，加入碲粉末、硒粉末及有机溶剂，搅拌15~35分钟，加入氯化铋，继续搅拌15~35分钟后，将反应釜密封并置于180-200℃下进行溶剂热反应，然后将反应产物用去离子水、无水乙醇清洗1~3遍，真空干燥并收集最终产物，即获得Bi2(SexTe1-x)3单晶纳米片；所述有机溶剂为二亚乙基三胺；有机溶剂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷仁博，郭靓，简基康，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44