一种铜镉锡硒半导体纳米晶体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜镉锡硒半导体纳米晶体的制备方法，该方法是通过将硒粉溶解在高沸点油性溶剂中形成硒前驱体，然后快速注入到高温的由铜盐、镉盐、锡盐、高沸点烷基胺和高沸点油性溶剂组成的金属前驱体中，反应到预定时间后取出反应混合物注入沉淀剂中使产物沉淀，最终得到高质量的铜镉锡硒半导体纳米晶体。本发明专利技术的优点在于：纳米晶体的制备方法简单，操作过程安全，所用的反应原料成本低廉，制备的纳米晶体形貌均匀、尺寸一致、结晶性好。该发明专利技术制备的纳米晶体可作为热电器件材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体纳米晶体领域，具体涉及。
技术介绍
早在19世纪法国物理学家佩尔捷就发现了热电效应，即将不同材料的导体连接起来，通入电流形成回路后在接触点处不同材料的导体会吸收或放出热量。然而由于金属的热电转换效率通常很低，所以并没有很快地被转化为应用。直到20世纪50年代，一些具有优良热电转换性能的半导体材料被发现，特别是氟利昂制冷剂被禁用以后，热电材料的研究逐渐成为热门课题。热电材料的性能与其自身固有的物理学参数密切相关，决定热电材料性能优劣的是组合参数Ζ=(σ α2)/κ，其中ο，α和κ分别为电导率，泽贝克系数和热导率，若要提高热电材料的性能需使组合参数Z增大。目前人们研究较多的热电材料主要有CoSb3,BaZn2Sb2, Bi2Te3和PbTe等，因其热电性能即Z值还不够高，使得基于这些材料的热电设备很难与传统的制冷或发电设备竞争。因此，若想突破热电器件因性能不足所受到的限制，一方面要对现有的热电材料进行性能改进，另一方面需要开发新的具有更高热电性能的材料取代现有材料。新近发现,通过调节Cu2MSnQ4 (M=Zn, Cd ；Q=S, Se)粉末体材料中Cu和M的比例可以极大地改善材料的热电性能，这使得Cu2MSnQ4成为一种非常有潜力的热电材料。众所周知，低维纳米材料，如半导体纳米晶体、纳米线等因具有传统的体材料所不具备的独特物理和化学性质，成为目前材料科学研究的主要方向。热电材料也不例外，越来越多的热电材料器件由低维纳米材料制作而成。因此，制备Cu2CdSnSe4半导体纳米晶体并对其材料的热电性质进行研究具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。本专利技术的方法是先将金属盐类反应物和硒粉分别溶解在溶液中形成金属前驱体和硒前驱体，然后将硒前驱体注入高温的金属前驱体进行反应得到纳米晶体。本专利技术中铜镉锡硒半导体纳米晶体的制备方法包括如下步骤:I).金属前驱体的制备:将铜盐、镉盐`和锡盐金属盐类反应物，高沸点烷基胺及高沸点油性溶剂装入反应容器中，搅拌至完全溶解；金属前驱体中材料配比为:铜盐与镉盐的摩尔比为3:1到1:1之间；铜盐与锡盐的摩尔比为3:1到1:1之间；金属盐类与烷基胺的摩尔比为1:2到1:15之间；制备的金属前驱体中金属盐类总浓度为0.05mol/L到0.lmol/L之间；2).硒前驱体的制备:将硒粉和高沸点油性溶剂加入另一个反应容器中，在惰性气氛中加热至180-220°C使硒粉完全溶解；或者将硒粉、三辛基膦和高沸点油性溶剂加入可密封容器中，在惰性气氛中密封，然后超声使硒粉完全溶解；其中，三辛基膦与硒粉摩尔比为1.25:1到2:1之间；硒前驱体中硒的浓度为0.lmol/L到0.5mol/L之间；3).将制备好的金属前驱体在惰性气氛中加热至260-300°C，把硒前驱体快速注入其中，反应0.5-60分钟，取出反应混合物注入沉淀剂中，收集沉淀即为铜镉锡硒半导体纳米晶体；两种前驱体的混合比例为:金属盐类与硒的摩尔比为1:1到1:5之间。所述的铜盐为碘化亚铜、氯化亚铜、醋酸铜或乙酰丙酮酸铜。所述的镉盐为醋酸镉、氯化镉、油酸镉或硬脂酸镉。所述的锡盐为醋酸·锡、四氯化锡、二氯化锡或二溴乙酰丙酮酸锡。所述的高沸点烷基胺为常压下沸点大于300°C的油胺、十六烷基胺或十八烷基胺。所述的高沸点油性溶剂为常压下沸点大于300°C的十八碳烯或液体石蜡。所述的沉淀剂是甲醇、乙醇或丙酮。本专利技术的优点在于:纳米晶的制备方法简单，所用前驱体材料成本低廉、适合批量合成。制备的纳米晶体形貌均匀、尺寸一致、结晶性好，可作为热电器件材料。附图说明图1为本专利技术的铜镉锡硒半导体纳米晶体的透射电镜图像。图2为本专利技术的铜镉锡硒半导体纳米晶体的单颗粒高分辨透射电镜图像。图3为本专利技术的铜镉锡硒半导体纳米晶体的吸收光谱。具体实施例方式实施例1:将0.5mmol鹏化亚铜、0.2SmmoI醋酸铺、0.2SmmoI醋酸锡、3mmol油胺和9ml十八碳烯装入反应容器三口烧瓶中，搅拌至完全溶解形成金属前驱体。将Immol硒粉和4ml十八碳烯加入另一个三口烧瓶中，在氮气气氛中加热至190°C使硒粉完全溶解形成硒前驱体。在氮气气氛中将金属前驱体反应温度升高到300° C，然后将硒前驱体快速注入其中，反应0.5分钟取出反应混合物注入甲醇中使纳米晶体沉淀，收集纳米晶体。此实施例中铜盐与镉盐的摩尔比为2:1，铜盐与锡盐的摩尔比为2:1，金属盐类与油胺的摩尔比为1:3，金属盐类总浓度为0.lmol/L，硒的浓度为0.25mol/L,两种前驱体混合比例为金属盐类与硒的摩尔比为I:lo实施例2:将0.6mmol氯化亚铜、0.2mmol氯化镉、0.2mmol四氯化锡、2mmol十六烧基胺和19.4ml液体石蜡装入反应容器三口烧瓶中，搅拌至完全溶解形成金属前驱体。将2mmol硒粉和IOml液体石蜡加入另一个三口烧瓶中，在氮气气氛中加热至180°C使硒粉完全溶解形成硒前驱体。在氮气气氛中将金属前驱体反应温度升高到260° C，然后将硒前驱体快速注入其中，反应5分钟取出反应混合物注入乙醇中使纳米晶体沉淀，收集纳米晶体。此实施例中铜盐与镉盐的摩尔比为3:1，铜盐与锡盐的摩尔比为3:1，金属盐类与十六烷基胺的摩尔比为1:2，金属盐类总浓度为0.05mol/L，硒的浓度为0.2mol/L,两种前驱体混合比例为金属盐类与硒的摩尔比为1:2。实施例3:将0.4mmol乙酰丙酮酸铜、0.4mmol硬脂酸镉、0.2mmol 二氯化锡、9mmol十八烧基胺和13ml十八碳烯装入反应容器三口烧瓶中,搅拌至完全溶解形成金属前驱体。将Immol硒粉和IOml十八碳烯加入另一个三口烧瓶中，在氮气气氛中加热至220°C使硒粉完全溶解形成硒前驱体。在氮气气氛中将金属前驱体反应温度升高到280° C，然后将硒前驱体快速注入其中，反应60分钟取出反应混合物注入丙酮中使纳米晶体沉淀，收集纳米晶体。此实施例中铜盐与镉盐的摩尔比为1:1，铜盐与锡盐的摩尔比为2:1，金属盐类与十八烷基胺的摩尔比为1:9，金属盐类总浓度为0.0625mol/L，硒的浓度为0.lmol/L,两种前驱体混合比例为金属盐类与硒的摩尔比为1:1。实施例4:将0.4mmo1醋酸铜、0.2mmo1油酸铺、0.4mmo1 二漠乙酸丙丽酸锡、15mmol油胺和15ml十八碳烯装入反应容器三口烧瓶中,搅拌至完全溶解形成金属前驱体。将2mmol硒粉、4mmol三辛基膦和2.2ml十八碳烯加入梨形瓶中，在氮气气氛中密封后超声使硒粉完全溶解形成硒前驱体。在氮气气氛中将金属前驱体反应温度升高到270° C，然后将硒前驱体快速注入其中，反应35分钟取出反应混合物注入甲醇中使纳米晶体沉淀，收集纳米晶体。此实施例中铜盐与镉盐的摩尔比为2:1，铜盐与锡盐的摩尔比为1:1，金属盐类与油胺的摩尔比为1:15，金属盐类总浓度为0.05mol/L，三辛基膦与硒的摩尔比为2:1，硒的浓度为0.5mol/L,两种前驱体混合比例为金属盐类与硒的摩尔比为1:2。实施例5: 将0.Smmol 氯化亚铜、0.2SmmoI 醋酸镉、0.2SmmoI 醋酸锡、3mmol 油胺和 11.5ml十八碳烯装入反应容器三口烧瓶中，搅拌至完全溶解形成金属前驱体。将5mmol本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜镉锡硒半导体纳米晶体的制备方法，其特征在于制备步骤如下：1）.金属前驱体的制备：将铜盐、镉盐和锡盐金属盐类反应物，高沸点烷基胺及高沸点油性溶剂装入反应容器中，搅拌至完全溶解；金属前驱体中材料配比为：铜盐与镉盐的摩尔比为3：1到1：1之间；铜盐与锡盐的摩尔比为3：1到1：1之间；金属盐类与烷基胺的摩尔比为1：2到1：15之间；制备的金属前驱体中金属盐类总浓度为0.05mol/L到0.1mol/L之间；2）.硒前驱体的制备：将硒粉和高沸点油性溶剂加入另一个反应容器中，在惰性气氛中加热至180?220℃使硒粉完全溶解；或者将硒粉、三辛基膦和高沸点油性溶剂加入可密封容器中，在惰性气氛中密封，然后超声使硒粉完全溶解；其中，三辛基膦与硒粉摩尔比为1.25：1到2：1之间；硒前驱体中硒的浓度为0.1mol/L到0.5mol/L之间；3）.将制备好的金属前驱体在惰性气氛中加热至260?300℃，把硒前驱体快速注入其中，反应0.5?60分钟，取出反应混合物注入沉淀剂中，收集沉淀即为铜镉锡硒半导体纳米晶体；两种前驱体的混合比例为：金属盐类与硒的摩尔比为1：1到1：5之间。

【技术特征摘要】
1.一种铜镉锡硒半导体纳米晶体的制备方法，其特征在于制备步骤如下: 1).金属前驱体的制备:将铜盐、镉盐和锡盐金属盐类反应物，高沸点烷基胺及高沸点油性溶剂装入反应容器中，搅拌至完全溶解； 金属前驱体中材料配比为: 铜盐与镉盐的摩尔比为3:1到1:1之间； 铜盐与锡盐的摩尔比为3:1到1:1之间； 金属盐类与烷基胺的摩尔比为1:2到1:15之间； 制备的金属前驱体中金属盐类总浓度为0.05mol/L到0.lmol/L之间； 2).硒前驱体的制备: 将硒粉和高沸点油性溶剂加入另一个反应容器中，在惰性气氛中加热至180-220°C使硒粉完全溶解； 或者将硒粉、三辛基膦和高沸点油性溶剂加入可密封容器中，在惰性气氛中密封，然后超声使硒粉完全溶解；其中，三辛基膦与硒粉摩尔比为1.25:1到2:1之间； 硒前驱体中硒的浓度为0.lmol/L到0.5mol/L之间； 3).将制备好的金属前驱体在惰性气氛中加热至260-300°C，把硒前驱体快速注入其中，反应0.5-60分钟，取出反...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏调兴，陈鑫，刘玉峰，董文静，黄婵燕，张云，孙艳，戴宁，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：