一種分級結構的碲化鉍納米晶及其製備方法
2023-10-08 06:16:24 1
專利名稱：一種分級結構的碲化鉍納米晶及其製備方法
技術領域：
本發明屬於納米材料及其合成方法的技術領域，特別涉及一種製備分級結構的(hierarchical)納米晶及其方法。
背景技術：
由於煤炭的燃燒及汽車尾氣的排放，逐漸導致全球氣候變暖並產生很多廢熱。而發展熱電材料則是解決這一問題的有效途徑，因為熱電材料可以利用外界的廢熱而轉換成對人類有用的電能。碲化鉍(Bi2Te3)由於室溫下具有高的品質因子(ZT)，因此在傳統工藝中常常作為室溫下潛在的熱電材料而被廣泛研究。而納米材料相對於體材料而言，可以有效降低晶格熱導率，從而提高納米材料的熱電性能。最近，Bi2Te3被提出作為最簡單的三維拓撲絕緣體之一，這種物質態的體電子態是有能隙的絕緣體而其表面則是無能隙的金屬態。相對於宏觀塊體材料，拓撲絕緣體納米材料具有大的比表面積，能有效抑制體態載流子的貢獻，從而凸顯拓撲表面態性質。因此，人們一直在尋求一種更加有效的方法實現Bi2Te3的製備。現有的Bi2Te3都是通過較高溫度下的固態粉末燒結而成，或是將相應的固體粉末利用球磨機研磨製得。並且，大多數是基於體材料的Bi2Te3製備。至今，利用膠體化學方法製備分級結構的Bi2Te3納米晶還未見報導。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種利用溶膠-凝膠法製備分級結構的碲化鉍納米晶的方法，該方法簡單易於操作，並實現尺寸、形貌可控。本發明的產物的技術特徵如下所述一種分級結構的碲化鉍納米晶，分子式為Bi2Te3 ;形貌類似納米片交叉成花狀後，相連構成毛毛蟲狀；平均直徑為230-565nm。製備分級結構Bi2Te3納米晶的技術方案是一種分級結構的碲化鉍納米晶的製備方法，有如下過程，(1)配製碲的三辛基膦溶液將碲粉和三辛基膦混合，在氮氣的保護下升溫至200-250°C保持2 4小時後自然降至室溫，得到濃度為0. 2mol/L的碲的三辛基膦溶液貯存備用;(2)分級結構Bi2Te3納米晶的製備將醋酸鉍，油酸和十八烯裝入容器中進行磁力攪拌，在氮氣的保護下升溫至醋酸鉍完全溶解；之後逐漸降至室溫，將碲的三辛基膦溶液加入到容器中，在140-240°C下反應並保溫0. 5-6小時；經離心洗樣得到碲化鉍粉體；其中按摩爾比醋酸鉍碲=2 3，按體積比油酸十八烯=1 6，油酸的用量按每mmol醋酸鉍加入5mL油酸計算。所述的離心洗樣按常規方法進行。本發明的有益效果是製備出Bi2Te3納米晶；並且可以通過改變反應溫度和保溫時間，實現尺寸、形貌可控的碲化鉍納米晶的製備。
圖1為實施例2製備的Bi2Te3樣品的X射線衍射譜。圖2為實施例2在140°C保持2小時後製備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖3為實施例3在160°C保持2小時後製備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖4為實施例4在180°C保持2小時後製備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖5為實施例5在200°C保持2小時後製備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖6為實施例6在220°C保持2小時後製備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖7為實施例7在240°C保持2小時後製備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖8為實施例8在200°C保持30分鐘後製備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖9為實施例9在200°C保持I小時後製備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖10為實施例9在200°C保持I小時後製備的Bi2Te3樣品的高分辨透射電鏡照片。圖11為實施例10在200°C保持4小時後製備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。圖12為實施例11在200°C保持6小時後製備的Bi2Te3樣品的掃描電鏡照片。
具體實施方式
現結合下列實施例更加具體地描述本發明，如無特殊說明，所用試劑均為市售可獲得的產品，並未加進一步提純使用。實施例1碲的三辛基膦溶液的配製配製濃度為O. 2mol/L的碲的三辛基膦溶液，具體操作工藝如下將碲粉和三辛基膦混合至50mL圓底三頸瓶中，在氮氣的保護下升溫至200°C保持4小時後自然將至室溫，並貯存以備用。也可以在氮氣的保護下升溫至250°C保持2小時後自然將至室溫，配製得到濃度為O. 2mol/L的碲的三辛基膦溶液。實施例2在反應溫度為140°C保持2小時後製備的分級結構Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中並伴隨著強烈的磁力攪拌，在氮氣的保護下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨後逐漸降至室溫。在室溫下將事先配製的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然後升至140°C並保持2小時。圖1為製得的樣品的X射線衍射圖，為三角晶系的Bi2Te315如圖2所示，從所製得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級結構Bi2Te3納米晶直徑為230nm。實施例3在反應溫度為160°C保持2小時後製備的分級結構Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中並伴隨著強烈的磁力攪拌，在氮氣的保護下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨後逐漸降至室溫。在室溫下將事先配製的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然後升至160°C並保持2小時。如圖3所示，從所製得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級結構Bi2Te3納米晶直徑為345nm。實施例4在反應溫度為180°C保持2小時後製備的分級結構Bi2Te3納米晶
首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中並伴隨著強烈的磁力攪拌，在氮氣的保護下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨後逐漸降至室溫。在室溫下將事先配製的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然後升至180°C並保持2小時。如圖4所示，從所製得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級結構Bi2Te3納米晶直徑為450nm。實施例5在反應溫度為200°C保持2小時後製備的分級結構Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中並伴隨著強烈的磁力攪拌，在氮氣的保護下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨後逐漸降至室溫。在室溫下將事先配製的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然後升至200°C並保持2小時。如圖5所示，從所製得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級結構Bi2Te3納米晶直徑為470nm。實施例6在反應溫度為220°C保持2小時後製備的分級結構Bi2Te3納米晶
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首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中並伴隨著強烈的磁力攪拌，在氮氣的保護下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨後逐漸降至室溫。在室溫下將事先配製的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然後升至220°C並保持2小時。如圖6所示，從所製得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級結構Bi2Te3納米晶直徑為520nm。實施例7在反應溫度為240°C保持2小時後製備的分級結構Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中並伴隨著強烈的磁力攪拌，在氮氣的保護下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨後逐漸降至室溫。在室溫下將事先配製的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然後升至240°C並保持2小時。如圖7所示，從所製得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級結構Bi2Te3納米晶直徑為565nm。實施例8在反應溫度為200°C保持30分鐘後製備的分級結構Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中並伴隨著強烈的磁力攪拌，在氮氣的保護下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨後逐漸降至室溫。在室溫下將事先配製的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然後升至200°C並保持30分鐘。如圖8所示，從所製得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級結構Bi2Te3納米晶直徑為320nm。實施例9在反應溫度為200°C保持I小時後製備的分級結構Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中並伴隨著強烈的磁力攪拌，在氮氣的保護下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨後逐漸降至室溫。在室溫下將事先配製的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然後升至200°C並保持I小時。如圖9所示，從所製得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級結構Bi2Te3納米晶直徑為430nm。從圖10中的樣品的高分辨透射電子顯微鏡可以看到，條紋間距為3.245 A,對應於三角晶系的(015)晶面間距。實施例10在反應溫度為200°C保持4小時後製備的分級結構Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中並伴隨著強烈的磁力攪拌，在氮氣的保護下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨後逐漸降至室溫。在室溫下將事先配製的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然後升至200°C並保持4小時。如圖11所示，從所製得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級結構Bi2Te3m米晶直徑為535nm。實施例11在反應溫度為200°C保持6小時後製備的分級結構Bi2Te3納米晶首先將O. 2mmol醋酸秘，ImL油酸和6mL十八烯裝入50mL圓底三頸瓶中並伴隨著強烈的磁力攪拌，在氮氣的保護下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨後逐漸降至室溫。在室溫下將事先配製的O. 2mol/L碲的三辛基膦溶液1. 5mL加入到三頸瓶中，然後升至200°C並保持6小時。如圖12所示，從所製得的樣品的掃描電鏡照片可以看到，分級結構Bi2Te3納米晶直徑約為550 nm。
權利要求
1.一種分級結構的碲化鉍納米晶，分子式為Bi2Te3 ;形貌為納米片交叉成花狀後，相連構成毛毛蟲狀；平均直徑為23(T565nm。
2.—種權利要求1的分級結構的碲化鉍納米晶的製備方法，有如下過程， (O配製碲的三辛基膦溶液將碲粉和三辛基膦混合，在氮氣的保護下升溫至20(T250°C保持2 4小時後自然降至室溫，得到濃度為O. 2mol/L的碲的三辛基膦溶液貯存備用; (2)分級結構Bi2Te3納米晶的製備將醋酸鉍，油酸和十八烯裝入容器中進行磁力攪拌，在氮氣的保護下升溫至醋酸鉍完全溶解；之後降至室溫，將碲的三辛基膦溶液加入到容器中，在14(T240°C下反應並保溫O. 5飛小時；經離心洗樣得到碲化鉍粉體；其中按摩爾比醋酸秘締=2 : 3,按體積比油酸十八烯=1 6,油酸的用量按每mmol醋酸秘加入5mL油酸計算。
全文摘要
本發明的一種分級結構的碲化鉍納米晶及其製備方法屬於納米材料及其合成方法的技術領域。首先將醋酸鉍，油酸和十八烯裝入容器中並伴隨著磁力攪拌，在氮氣的保護下逐步升溫至醋酸鉍完全溶解。隨後逐漸降至室溫。在室溫下將事先配製的碲的三辛基膦溶液加入到容器中，在140~240℃下反應並保溫0.5~6小時。本發明利用溶膠–凝膠法製備出分級結構的碲化鉍納米晶，並可以通過改變反應溫度和時間，實現碲化鉍納米晶尺寸、形貌的控制。
文檔編號B82Y30/00GK103058151SQ201310016348
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月16日 優先權日2013年1月16日
發明者鄒勃, 肖冠軍 申請人:吉林大學