本发明专利技术公开了一种尺寸均一的碲化铅纳米棒、制备方法及其应用。采用短链有机酸反式‑2‑癸烯酸与氧化铅结合形成铅前驱体，三（二乙胺基）膦与单质碲结合形成碲前驱体，通过调控反应温度、铅碲两种前驱体的比例，再采用热注射方法，合成得到一种尺寸均一的碲化铅纳米棒，它的直径为2～5纳米，长度为10～60纳米，其电子带呈各向异性，具有极强的量子限域效应。本发明专利技术提供的碲化铅纳米棒在正己烷溶剂中具有良好的溶解性，应用领域更加广泛，使用方便。通本发明专利技术合成的碲化铅纳米棒在紫外可见‑近红外光吸收谱中特征吸收峰为400～550 nm之间，具有特殊的光学性能，有利于碲化铅纳米棒应用于太阳能电池、光电探测器等光电以及热电器件中。
A uniform size lead telluride nanorod, preparation method and its application
The invention discloses a uniform size lead telluride nanorod, a preparation method and an application thereof. The short chain organic acids trans 2 decenoic acid and lead oxide formed with lead precursor, three (diethylamino) combined with phosphine and elemental tellurium tellurium precursor formation, by adjusting the reaction temperature, the two lead tellurium precursor ratio by hot injection method, obtained a uniform size of Telluride Pb nanorods, its diameter is 2~5 nm, the length is 10~60 nm, the electron is anisotropic, with strong quantum confinement effect. The lead telluride nanorods provided by the invention have good solubility in n-hexane solvent, and are more widely used and easy to use. Through the invention of PbTe nanorods synthesized in UV visible near infrared absorption spectrum in the characteristic absorption peak of 400~550 between nm, with special optical performance, in favor of PbTe nanorods used in solar cells, photoelectric detector and photoelectric thermoelectric device.
【技术实现步骤摘要】
一种尺寸均一的碲化铅纳米棒、制备方法及其应用
本专利技术属于纳米材料
，涉及一种碲化铅纳米棒、制备方法及其应用，所提供的碲化铅纳米棒尺寸均一、溶解性较好，具有极强量子限域效应。
技术介绍
窄带隙铅硫族半导体材料中的碲化铅（PbTe）具有很大的波尔半径（46纳米），并且碲化铅中电子比空穴质量更小些，使其尺寸、形貌可调性的空间比硒化铅（PbSe）更大，这使其量子限域效应特别显著，同时其具有介电常数高、热电优值系数（ZT）高、能级可调等性质。此外，碲化铅特有的各向异性的电子带结构促使其具有特殊的光电性能。因此碲化铅这类材料在太阳能电池、光电探测器等光电以及热电器件中具有更广泛地应用前景。而且一维结构的纳米晶相较于其零维结构具有更有效的电荷传输、优异的热电优值系数，使其在光电、热电等器件中凸显更优异的性能。2010年，文献“一种简单的制备方法将碲化铅纳米晶由点状变为棒状结构”（化学材料）报道了两步胶体法合成碲化铅由点状到棒状的转变，文中使用铅盐水溶液与碲氢化钠分别作为铅、碲前驱体在反应温度200℃以上晶体生长至少2小时的情况下长成碲化铅纳米棒（DOI:10.1021/cm100636b）。2015年，NeilC.Greenham等人首次报道基于碲化铅材料太阳能电池的外量子产率超过120%、内量子产率超过150%，证明碲化铅材料具有十分优异的多激子倍增效应（参见文献：碲化铅量子点太阳能电池外量子产率超过120%，纳米快报，DOI:10.1021/acs.nanolett.5b03161）。然而，目前基于低温（200℃以下）条件下合成碲化铅纳米棒的简易制备方法尚未有人研究报道。由于碲化铅具有高度对称的面心立方晶体结构，使得制备各向异性生长的碲化铅纳米棒存在一定的技术难题，尤其是合成尺寸均一、直径小于5纳米的碲化铅纳米棒。一旦这一问题得以解决，将有助于人们研究碲化铅纳米棒潜在的光学特异性能，也将有助于该材料在光电、热电器件中更广泛地应用。但当前，采用热注射方法低温条件下（150℃以下）合成尺寸均一、溶解性较好并具有极强量子限域效应的碲化铅纳米棒还未见报道。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种在150℃以下的低温条件下制备尺寸均一、溶解性较好并具有极强量子限域效应的碲化铅纳米棒、制备方法及其应用。实现本专利技术目的的技术方案是提供一种碲化铅纳米棒，它的分子式为PbTe，直径为2～5纳米，长度为10～60纳米，在紫外可见-近红外光吸收谱中的特征吸收峰位置为400～550nm之间。本专利技术技术方案还包括一种碲化铅纳米棒的制备方法，步骤如下：1）铅前驱体的制备：在惰性气体保护下，按氧化铅与反式不饱和脂肪酸的摩尔比为1:2～6，将氧化铅、反式不饱和脂肪酸和溶剂十八烯加入到反应容器中，在温度为100～150℃的搅拌条件下，得到澄清透明状溶液；再在温度为100～130℃的条件下抽真空，除去反应容器中的水和氧气后，得到铅前驱体；2）碲前驱体的制备：将碲单质与三（二乙胺基）膦配制成浓度为1摩尔每升的混合溶液，持续搅拌至碲单质完全溶解；3）合成反应：将步骤2）得到的碲的三(二乙胺基)膦混合溶液溶解于三（二乙胺基）膦和十八烯的混合溶剂中，混合均匀后，再按氧化铅与碲单质的摩尔比为1:0.15～5，置于温度为100～150℃的步骤1）得到的铅前驱体中，搅拌条件下反应10～90分钟；4）后处理：将步骤3）得到的反应物降至室温后，向反应容器中注入正己烷，再加入异丙醇沉淀，直至反应液变浑浊，离心处理后弃去上层液，将固体真空抽干，得到一种碲化铅纳米棒。可重复步骤4）1～2次，进行提纯处理。所述的惰性气体为氮气、氦气、氖气中的任意一种。所述氧化铅与反式不饱和脂肪酸的摩尔比为1:2.5。所述的反式不饱和脂肪酸为反式-2-己烯酸、反式-2-辛烯酸、反式-2-癸烯酸中的任意一种。所述的十八烯、正己烷、异丙醇经无水处理。本专利技术提供的一种碲化铅纳米棒，将其用作太阳能电池、光电探测器领域的光电及热电器件中。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1.本专利技术以反式不饱和脂肪酸为铅前驱体、三（二乙胺基）膦与碲单质结合为碲前驱体，制备一种碲化铅纳米棒，尺寸分布均一，其电子带呈各向异性，且具有极强的量子限域效应。2.采用本专利技术提供的碲化铅纳米棒的直径为2～5纳米，长度为10～60纳米，在紫外可见-近红外光吸收谱中特征吸收峰位置在可见光区域即400～550纳米，可用作太阳能电池、光电探测器领域的光电及热电器件中。3.本专利技术提供的碲化铅纳米棒在正己烷溶剂中具有良好的溶解性，溶液呈现澄清透明状态，使其应用于电子器件中的制备工艺更加简便。附图说明图1是本专利技术实施例1在100℃温度下合成的碲化铅纳米棒的透射电镜图；图2是本专利技术实施例1提供的碲化铅纳米棒的正己烷溶液的照片；图3是本专利技术实施例2在120℃温度下合成的碲化铅纳米棒的透射电镜图；图4是本专利技术实施例3在140℃温度下合成的碲化铅纳米棒的透射电镜图；图5是本专利技术实施例提供的碲化铅纳米棒的X-射线衍射谱图；图6是本专利技术各实施例提供的不同反应温度下碲化铅纳米棒在正己烷溶液中的紫外-可见吸收光谱图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步的阐述。实施例1：本实施例在温度为100℃的条件下合成碲化铅纳米棒，具体步骤如下：1）铅前驱体的制备：在氮气保护下，将89mg（0.4mmol）氧化铅、170mg（1mmol）反式-2-癸烯酸和8g十八烯加入到50mL三口烧瓶中，在温度为120℃的条件下搅拌1小时，直至溶液变成澄清透明状，再在温度为110℃的条件下抽真空处理1小时，除去三口烧瓶中的水和氧气，得到铅前驱体，待用；2）碲前驱体的制备：在氮气手套箱中，将153mg（1.2mmol）碲单质加入到装有1.2ml三（二乙胺基）膦的玻璃瓶中，在室温下搅拌，直至碲单质完全溶解于溶液中，得到碲前驱体，待用；3）预设铅碲前驱体比例、温度条件下的合成反应：将60μL碲前驱体（摩尔浓度为1mol/L）溶解于1.14ml三（二乙胺基）膦和1.2ml十八烯中，混合均匀后用注射器快速注入到预先调节至100℃的铅前驱体中，反应80分钟；4）后处理：采用水浴降至室温后，向三口烧瓶中注入5mL正己烷，将反应液转移至手套箱中，加入异丙醇沉淀，再经离心机（8000rpm）离心5分钟后弃去上层液，再用正己烷溶解，加入异丙醇后离心5分钟，弃去上层液，将离心得到的固体真空抽干，得到尺寸均一碲化铅纳米棒，将其置于手套箱中保存。参见附图1，它是本实施例采用100℃温度条件合成反应得到的硒化铅纳米棒的透射电镜图，由图1可知，该纳米棒的尺寸分布均一（直径约为2.8nm，长度约为39nm，纵横比约为14）。参见附图2，它是本实施例制备的碲化铅纳米棒的正己烷溶液的照片，溶液颜色为紫色，呈现澄清透明的状态，证明碲化铅纳米棒在正己烷溶液中具有良好的溶解性。实施例2：本实施例在温度为120℃的条件下合成碲化铅纳米棒，具体步骤如下：1）铅前驱体的制备：在氮气保护下，将89mg（0.4mmol）氧化铅、170mg（1mmol）反式-2-癸烯酸和8g十八烯加入到50mL三口烧瓶中，在120℃下搅拌1小时，直至溶液变成澄清透明状，然后在110℃下抽真空1小时，除本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碲化铅纳米棒，其特征在于：它的分子式为PbTe，直径为2～5纳米，长度为10～60纳米，在紫外可见‑近红外光吸收谱中的特征吸收峰位置为400～550 nm之间。
【技术特征摘要】
1.一种碲化铅纳米棒，其特征在于：它的分子式为PbTe，直径为2～5纳米，长度为10～60纳米，在紫外可见-近红外光吸收谱中的特征吸收峰位置为400～550nm之间。2.一种如权利要求1所述的碲化铅纳米棒的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）铅前驱体的制备：在惰性气体保护下，按氧化铅与反式不饱和脂肪酸的摩尔比为1:2～6，将氧化铅、反式不饱和脂肪酸和溶剂十八烯加入到反应容器中，在温度为100～150℃的搅拌条件下，得到澄清透明状溶液；再在温度为100～130℃的条件下抽真空，除去反应容器中的水和氧气后，得到铅前驱体；2）碲前驱体的制备：将碲单质与三（二乙胺基）膦配制成浓度为1摩尔每升的混合溶液，持续搅拌至碲单质完全溶解；3）合成反应：将步骤2）得到的碲的三(二乙胺基)膦混合溶液溶解于三（二乙胺基）膦和十八烯的混合溶剂中，混合均匀后，再按氧化铅与碲单质的摩尔比为1:0.15～5，置于温度为100～150℃的步骤1）得到的铅前驱体中，搅拌条件下反应10～9...
【专利技术属性】
技术研发人员：马万里，韩璐，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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