一种溶剂水热法调控硫化铋纳米棒阵列长径比的合成方法技术

本发明专利技术提供了一种溶剂水热法调控硫化铋纳米棒阵列长径比的合成方法，所述方法包括：以铋盐为Bi源，以巯基化合物为S源，Bi源和S源物质的量之比1：1～6，以水和N,N-二甲基甲酰胺体积比1~10：1的混合液为溶剂，在反应体系中放置厚度均匀的钨片作为生长基底，于120～200℃下进行溶剂热反应8～48个小时，在基底上得到相应的不同长径比的Bi2S3纳米棒阵列。本发明专利技术采用的方法操作简单?，原料、溶剂易得，重现性好，可通过简单的变量调控得到一系列不同长径比的Bi2S3纳-微米线及其阵列。

【技术实现步骤摘要】
（一）
本专利技术涉及一种溶剂水热法调控硫化铋纳米棒阵列长径比的合成方法。（二）
技术介绍
一维纳米材料（包括纳米棒、纳米线和纳米管）由于其独特的光、电、热性质，得到了广泛研究，而且显示出在纳米器件潜在的应用前景。在半导体材料中，V-VI族化合物由于良好的光生伏特（photovoltaic）和高的热电（thermoelectric）转化特性，在光电器件及热电冷却器件中有潜在的应用价值。硫化铋是其中研究较多的化合物，到目前为止，科学家们已经发展了许多制备方法来合成一维结构纳米材料，如有机相反应、激光轰击法（laser ablation）、模板法（参见：彭等，物理期刊D：应用物理，34卷，3224（2001）；蒋捷等，化学材料，17卷，6094（2005））和电化学方法等。此外，水热法和溶剂热法也得到了快速的发展（参见：张辉等，纳米技术，14卷，974（2003）；刘兆平等，先进材料，15卷，936（2003）），并成为控制纳米晶形貌的有效方法。水热法和溶剂热法制备纳米晶一般以聚四氟乙烯内胆的不锈钢高压釜为反应容器，两种方法的区别仅仅在于前者用水作溶剂，而后者使用非水的有机化合物作为反应介质。反应液装进聚四氟乙烯材质内胆，再密封到不锈钢的高压釜中，放置在100 ℃ 以上的炉内保温一定时间完成反应。（三）
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种溶剂水热法调控有序硫化铋纳米棒长径比的r>合成方法。本专利技术采用的技术方案是：一种溶剂水热法调控硫化铋纳米棒阵列长径比的合成方法，所述方法包括：以铋盐为Bi源，以巯基化合物为S源，Bi源和S源物质的量之比1：1～6，以水和N,N-二甲基甲酰胺体积比1~10：1的混合液为溶剂，在反应体系中放置厚度均匀的钨片作为生长基底，于120～200℃下进行溶剂热反应8～48个小时，在基底上得到相应的不同长径比的Bi2S3纳米棒阵列。具体的，操作如下: 搅拌下向混合溶剂（水+DMF）中加入巯基化合物和铋盐，搅拌至溶液变为黄绿色之后，转移到预热至120～200℃的水热反应釜中，进行溶剂热反应8～48个小时，制得不同长径比的Bi2S3纳-微米线，在有钨片为基底的体系中得到相应的纳米线阵列；通过调控水和DMF的比例，可得一系列不同长径比的硫化铋纳米棒阵列。所述巯基化合物为下列之一：巯基琥珀酸（硫代苹果酸），L-半胱氨酸，巯基乙酸，巯基丙酸，半胱氨酸，巯基丁酸或硫代甘油，优选为巯基琥珀酸。所述铋盐为 Bi(NO3)3·5H2O或BiCl3，优选为Bi(NO3)3·5H2O。所述反应优选在180℃下进行，反应时间8~16h。本专利技术以巯基化合物和金属铋盐为原料，通过控制所加混合溶剂（水和DMF）的比例和反应时间，热法合成硫化铋纳米棒阵列，在钨片基底表面生长的阵列排列有序，尺寸具有优良的一致性。本专利技术的有益效果主要体现在：本专利技术采用的方法操作简单 ，原料、溶剂易得，重现性好，可通过简单的变量调控得到一系列不同长径比的Bi2S3纳-微米线及其阵列。（四）附图说明图1为本专利技术制备的生长有硫化铋阵列的钨片；a为实施例1在纯水中制备的生长有硫化铋阵列的钨片；b为实施例2在纯DMF中制备的生长有硫化铋阵列的钨片；c为洁净钨片，表面无阵列生长；图2为实施例1硫化铋阵列的XRD图；a为水相中钨片基底上硫化铋阵列的XRD图；b为对应图a中2thera=20o-50o时的XRD图；图3为实施例1制得的硫化铋阵列的电镜照片；图4为实施例2制得的硫化铋阵列的电镜照片；图5为实施例3中 H2O/DMF=1时制得的硫化铋阵列的电镜照片；图6为实施例3中H2O/DMF=4时制得的硫化铋阵列的电镜照片；图7为实施例3中H2O/DMF=10时制得的硫化铋阵列的电镜照片。（五）具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此：实施例1：将16ml蒸馏水注入25ml单颈瓶中，在搅拌的情况下加入360mg巯基琥珀酸（分子量150,2.4mmol），292mg Bi(NO3)3·5H2O（分子量485，0.6mmol），充分搅拌至溶液变为浅黄绿色之后，转移到水热反应釜中，加入钨片基底，密封后放入预热至180℃的烘箱中并开始计时反应8h，自然冷却。制得的硫化铋阵列的XRD图和电镜照片见图2和图3，参数为：d=44nm，L=562nm，长径比11。实施例2：将16ml DMF注入25ml单颈瓶中，在搅拌的情况下加入360mg巯基琥珀酸，292mg Bi(NO3)3·5H2O，充分搅拌至溶液变为浅黄绿色之后，转移到水热反应釜中，加入钨片基底，密封后放入预热至180℃的烘箱中并开始计时反应8h，自然冷却。制得的硫化铋阵列的电镜照片见图4，参数为：d=110nm，L=430nm   长径比3.9。实施例3：将一定比例的DMF和蒸馏水共计16ml注入25ml单颈瓶中，在搅拌的情况下分别加入360mg巯基琥珀酸，292mg Bi(NO3)3·5H2O，充分搅拌至溶液变为浅黄绿色之后，转移到水热反应釜中，加入钨片基底，密封后放入预热至180℃的烘箱中并开始计时反应8h，自然冷却。控制DMF与蒸馏水的体积比之比为1，1.25，1.67，2，4，5，7，10。结果发现：H2O/DMF=1时，d（直径）可达72nm，L（长度）约400nm，L/d约5.5；H2O/DMF分别为1.25，1.67，2 时，d变化不大，约45~52nm之间，L逐渐增大至400，460，520nm，L/d在8.8~11.6之间；H2O/DMF =4时，d明显变小，仅28~30nm，L和之前持平，约420~460nm，L/d为15~16；H2O/DMF =5，7时，d为50~60nm，L变化不大，400~480nm，L/d在7~9.6之间；H2O/DMF=10时，d重又变小至30~33nm，但是L显著增大至1000nm左右，此时L/d可达到30左右；H2O/DMF=1，4，10时制得的硫化铋阵列的电镜照片见图5~7，参数如下：H2O/DMF=1:1时，d=72nm，L=392nm，长径比5.4；H2O/DMF=4:1时，d =29nm，L=440nm，长径比15.2；H2O/DMF=10:1时，d=33nm，L=960nm，长径比29.1。实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种溶剂水热法调控硫化铋纳米棒阵列长径比的合成方法，所述方法包括：以铋盐为Bi源，以巯基化合物为S源，Bi源和S源物质的量之比1：1～6，以水和N,N？二甲基甲酰胺体积比1~10：1的混合液为溶剂，在反应体系中放置厚度均匀的钨片作为生长基底，于120～200℃下进行溶剂热反应8～48个小时，在基底上得到相应的不同长径比的Bi2S3纳米棒阵列。

【技术特征摘要】
1.一种溶剂水热法调控硫化铋纳米棒阵列长径比的合成方法，所述方法
包括：以铋盐为Bi源，以巯基化合物为S源，Bi源和S源物质的量之比
1：1～6，以水和N,N-二甲基甲酰胺体积比1~10：1的混合液为溶剂，
在反应体系中放置厚度均匀的钨片作为生长基底，于120～200℃下进
行溶剂热反应8～48个小时，在基底上得到相应的不同长径比的Bi2S3纳米棒阵列。
2.如权利要求1所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁玉洁，陈灿，包海峰，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：