一种铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子及其制备方法和应用，其制备的纳米粒子有一个纤锌矿的核和两个闪锌矿的端点，核和端点以线性方式排布，且具有橄榄球形或圆柱形或梭形的形貌，平均粒径为10～80nm。本发明专利技术制备出的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子具有全新的结构特点，可应用于太阳能电池吸收层、光电导开关和温差电转换材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料领域，特别涉及一种铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子，及其制备方法和应用。
技术介绍
如果有两种或两种以上化学成分的纳米结构通过特定晶面共生而形成了一个纳米异质颗粒，那么这种颗粒的纳米结构就是为大家所熟知的标准纳米异质结构。在这种颗粒中有两种可或两种以上的电子能带结构不同的化学物质，通过适当的调控两种物质的种类和含量可以对纳米异质粒子的电子能带结构进行调控，使得纳米异质结构在禁带宽度和价带导带的排列上获得了新的调控机会。有鉴于此，在材料科学领域，合成并研究标准纳米异质结构已经成为近年来一个研究热点并且到了快速的发展。同一物质的不同物相也具有不同的电子能带结构，所以如果能在一个纳米结构上可控得到两种物相，也就能够通过调节两相比例来实现电子能带结构的调控，但是由于物质的物相是由材料热力学和生长动力学共同决定的，所以可控地在一个纳米结构中设计引入两种物相(也就是设计合成同素多形纳米粒子)要比合成标准纳米异质结要困难得多。到目前为止，可控地合成同素异形纳米粒子仅在II-VI族枝状“多足”纳米粒子中有过报道。枝状“多足” II-VI纳米粒子有一个闪锌矿结构的核和多个纤锌矿的枝，其中纤锌矿的(001)面共格外延生长在闪锌矿核的(111)面上，由于闪锌矿有八个(111)等效晶面，所以枝状“多足”纳米粒子可以有最多八个“足”。但是非“多足”同素异形纳米粒子的合成和性质研究目前还没有见诸报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子。本专利技术的另一目的在于提供一种铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的制备方法。本专利技术还有一目的在于提供上述铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子在太阳能电池吸收层、光电导开关和温差电转换中的应用。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子，其具有一个纤锌矿的核和两个闪锌矿的端点，所述核和所述端点以线性方式排布。优选地，所述铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子具有橄榄球形或圆柱形或梭形的形貌，纳米粒子的平均粒径为10 80nm。本专利技术还提出了一种制备上述铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的方法，其包括如下步骤(I)将铜锌锡金属盐加入烷基硫醇和有机溶剂的混合液后加热并保温，得到溶液A ；(2)将双有机基硒醚加入有机溶剂后加热并保温，得到溶液B ;(3)将所述溶液A和所述溶液B混合并加热至200 320°C后保温，从而制得铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子。优选地，步骤(I)中铜盐为一价铜的盐，锌盐为二价锌的盐，锡盐为二价锡的盐，且Cu+、Zn2+、Sn2+的物质的量与烷基硫醇的体积的比为2. 5 3. I: I. 25 I. 55:1. 25 I.55:2 10，其中Cu+、Zn2+、Sn2+的物质的量的单位为摩尔，烷基硫醇的体积的单位为升。优选地，步骤(I)中所述加热的温度为50 150°C，所述保温的时间为Imin lh。优选地，步骤(I)中所述烷基硫醇的分子式为CnH2n+1SH，所述有机溶剂为油胺或十八烯或三丁基膦或三苯基膦，其中ll〈n〈17。优选地，步骤(2)中所述双有机基硒醚与步骤(I)中所述铜盐的物质的量比为10 12. 4:2. 5 3. I。优选地，步骤(2)中所述加热的温度为50 150°C，所述保温的时间为Imin lh，所述有机溶剂为油胺或十八烯或三丁基膦或三苯基膦。更优选地，步骤(3)中所述保温的时间为5min 2h，所述加热的升温速率为5 15°C /min。本专利技术还提供了上述的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子在太阳能电池吸收层、光电导开关和温差电转换中的应用。本专利技术采用的方法合成的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的核是纤锌矿，两端是闪锌矿，与传统的同素异形纳米粒子核是闪锌矿，外延生长纤锌矿相比，具有全新的结构特点，不但可以作为一个全新的结构模型用于理论研究，也可以当作“纳米粒子墨水”通过刮刀涂布，旋转涂布或其他成膜方式制成太阳能电池吸收层，以获得更好的光致电子空穴分离效果，还可以当作主要吸光材料应用于光电导开关，或经压缩成块后用于温差电转换材料。附图说明图Ia为本专利技术实施例I制备的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的透射电子显微镜图片。图Ib为本专利技术实施例I制备的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的高分辨透射电子显微镜图片。图2a为本专利技术实施例2制备的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的透射电子显微镜图片。图2b为本专利技术实施例2制备的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的高分辨透射电子显微镜图片。图3为本专利技术实施例3制备的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的透射电子显微镜图片。图4a为本专利技术实施例4制备的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的透射电子显微镜图片。图4b为本专利技术实施例4制备的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的高分辨透射电子显微镜图片。图5a为本专利技术实施例5制备的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的透射电子显微镜图片。图5b为本专利技术实施例5制备的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的高分辨透射电子显微镜图片。图6为本专利技术实施例3制备的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的X射线衍射图谱。图7为专利技术实施例1、2、4、5制备的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的X射线衍射图 -i'TfeP曰。具体实施例方式为使专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。在本专利技术制备铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的方法中，首先配制反应所需的两种溶液，其包括第一步将铜锌锡金属盐加入烷基硫醇和有机溶剂的混合液后加热并保温，得到溶液A。加热主要是为了将铜锌锡金属盐充分溶解，优选加热的温度为50 150°C，保温的时间为Imin lh。铜锌锡金属盐是为了提供铜源、锌源和锡源，其可以有多种选择，优先选择铜盐为一价铜的盐，例如氯化亚铜或溴化亚铜或碘化亚铜中的一种或几种，选择锌盐为二价锌的盐，例如乙酰丙酮锌或氯化锌或乙酸锌中的一种或几种，选择锡盐为二价锡的盐，例如二氯化锡或二溴乙酰丙酮酸锡中的一种或几种，且可选择Cu+、Zn2+、Sn2+的物质的量与烷基硫醇的体积的比为2. 5 3. 1:1. 25 I. 55:1. 25 I. 55:2 10，其中Cu+、Zn2+、Sn2+的物质的量的单位为摩尔，烷基硫醇的体积的单位为升。为了提供更优质的硫源，烷基硫醇的可优选分子式为CnH2n+1SH (ll〈n〈17)的烷基硫醇，例如1_十二硫醇或十四硫醇或十五硫醇等。有机溶剂用于溶解铜锌锡金属盐，优选为油胺或十八烯或三丁基膦或三苯基膦。有机溶剂的加入量不需要严格限定，从便利地角度出发，铜盐的物质的量与有机溶剂的体积的比可选择为2. 4 3:10 600，其中铜盐的物质的量的单位为摩尔，有机溶剂的体积的单位为升。第二步将双有机基硒醚加入有机溶剂后加热并保温，得到溶液B。加热主要是为了将双有机基硒醚充分溶解，优选加热的温度为50 150°C，保温的时间为Imin lh。双有机基砸酿的加入是为了提供砸源，其是指带有两个有机基团的硒醚，例如二苯基硒醚或二丁基硒醚等，两个有机基团可以相同也可以不同，有机基团包括烷基、羟基、苯基、羧基等。该步中的有机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子，其特征在于，具有一个纤锌矿的核和两个闪锌矿的端点，所述核和所述端点以线性方式排布。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：俞书宏，樊逢佳，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：