CN101492155B - 一种锑掺杂碲化铋纳米线的制备方法 - Google Patents

一种锑掺杂碲化铋纳米线的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锑掺杂碲化铋纳米线的制备方法。本发明首先将氯化锑、氯化铋和乙二胺四乙酸二钠一起加入水中，形成络合物溶液；将正碲酸溶解在水中形成正碲酸水溶液；然后将络合物溶液与正碲酸水溶液混合，加入过量的还原剂，在80～120°下回流反应4～6小时；反应结束后，将混合液冷却，分离出沉淀，沉淀物洗涤、干燥后即得到锑掺杂碲化铋纳米线。本发明方法反应条件温和，操作简便、能耗低，形成的锑掺杂碲化铋纳米线具有好的结晶性。

Description

一种锑掺杂碲化铋纳米线的制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，涉及一种纳米热电材料的制备方法，具体涉及一种锑掺杂碲化铋纳米线热电材料的制备方法。
背景技术
在热电能源转换领域，寻求高效热电材料具有重要意义。热电材料的性质通常用一个无量纲的参数即热电优值ZT表征：ZT＝S2σT/K(S为Seebeck系数、σ为电导率、K为热导率)。对热电材料而言，ZT值越大，则热电材料的热电转换效率就越高。用热电材料构造的热电转换装置由于具有无传动部件、无噪声运行，无污染等优异性能因而在遥感导航系统、计算机CPU冷却、工业余热废热发电等方面具有广阔的应用前景。
碲化铋是研究最早、发展比较成熟的热电材料，在室温附近其ZT值接近1。理论和实验研究表明纳米化能极大提高材料的热电性能，尤其是一维纳米线，具有很强的量子限域效应和热导降低效应，因而能极大地提高热电材料的热电性能。制备热电材料纳米线的方法主要是氧化铝模板法，使用这种方法能得到尺寸可控的纳米线，但形成的纳米线属多晶结构，模板孔道堵塞使形成的纳米线不连续，以及用强酸去除模板时常造成对纳米线的损害，这些严重影响材料的热电性能。另一方面，碲化铋具有层状结构，通过掺杂金属原子于层间空隙中发生振动能增强声子散射，因而可以降低其热导率，提升材料的热电性能。例如Hyuan Dow-bin用热压的方法制备得了(Bi0.25Sb0.75)2Te3合金(Journal of Materials Science，2001，36：1285-1291)，K.Park等用粉束挤压技术制备了Bi05Sb1.5Te3合金(Materials Science and Engineering B，2002，88，103-106)。但这些机械方法耗能高且不能获得纳米化材料。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种工艺简单、能耗低的制备锑掺杂碲化铋纳米线方法。
为了达到上述目的，本发明方法包括以下步骤：
步骤(1).将摩尔比为1∶9～99的氯化锑和氯化铋与乙二胺四乙酸二钠一起加入水中，形成络合物溶液；络合物溶液中氯化铋和氯化锑的总量与乙二胺四乙酸二钠的摩尔比为1∶1～2，络合物溶液中氯化铋和氯化锑总量的摩尔浓度为0.01～0.1M；
步骤(2).将正碲酸溶解在水中形成浓度为0.1～0.5M的正碲酸水溶液；
步骤(3).将络合物溶液与正碲酸水溶液混合，络合物溶液中所含氯化铋和氯化锑的总量与正碲酸水溶液中所含正碲酸的量的摩尔比为2∶3；然后加入过量的还原剂，在80～120°下回流反应4～6小时；
步骤(4).反应结束后，将混合液冷却，分离出沉淀，沉淀物洗涤、干燥后即得到锑掺杂碲化铋纳米线。
其中步骤(3)中所述的还原剂为硼氢化钠或一水合肼，还原剂与氯化铋和氯化锑总量的摩尔比为5～10∶1。
本发明方法反应条件温和，操作简便、能耗低，形成的锑掺杂碲化铋纳米线具有好的结晶性。
具体实施方式
以下列举具体实施例来说明本发明方法。
实施例1：
(1)将28.38g(0.09mol)氯化铋、2.28g(0.01mol)氯化锑和74.44g(0.2mol)乙二胺四乙酸二钠加入在1000ml水中，搅拌溶解，形成透明的络合物溶液；
(2)将34.44g(0.15mol)正碲酸溶解在1500ml水中形成正碲酸水溶液；
(3)在配有冷凝管、磁搅拌的反应器中倒入上述络合物溶液和正碲酸水溶液，混合后加入18.9g(0.5mol)硼氢化钠，然后在120℃下回流反应4小时；
(4)反应结束后，将混合液冷却，分离出沉淀并洗涤、干燥即得锑掺杂碲化铋纳米线。
实施例2：
(1)将31.2g(0.099mol)氯化铋、0.23g(0.001mol)氯化锑和37.32g(0.01mol)乙二胺四乙酸二钠加入在1000ml水中，搅拌溶解，形成透明的络合物溶液；
(2)将34.44g(0.15mol)正碲酸溶解在300ml水中形成正碲酸水溶液；
(3)在配有冷凝管、磁搅拌的反应器中倒入上述络合物溶液和正碲酸水溶液，混合后加入3.78g(0.1mol)硼氢化钠，然后在80℃下回流反应6小时；
(4)反应结束后，将混合液冷却，分离出沉淀并洗涤、干燥即得锑掺杂碲化铋纳米线。
实施例3：
(1)将29.96g(0.095mol)氯化铋、1.14g(0.005mol)氯化锑和55.98g(0.15mol)乙二胺四乙酸二钠加入在3000ml水中，搅拌溶解，形成透明的络合物溶液；
(2)将34.44g(0.15mol)正碲酸溶解在500ml水中形成正碲酸水溶液；
(3)在配有冷凝管、磁搅拌的反应器中倒入上述络合物溶液和正碲酸水溶液，混合后加入30.26g(0.8mol)硼氢化钠，然后在100℃下回流反应5小时；
(4)反应结束后，将混合液冷却，分离出沉淀并洗涤、干燥即得锑掺杂碲化铋纳米线。
实施例4：
(1)将14.19g(0.045mol)氯化铋、1.14g(0.005mol)氯化锑和37.32g(0.1mol)乙二胺四乙酸二钠加入在1000ml水中，搅拌溶解，形成透明的络合物溶液；
(2)将17.22g(0.075mol)正碲酸溶解在150ml水中形成正碲酸水溶液；
(3)在配有冷凝管、磁搅拌的反应器中倒入上述络合物溶液和正碲酸水溶液，混合后加入25.03g(0.5mol)一水合肼，然后在110℃下回流反应5小时；
(4)反应结束后，将混合液冷却，分离出沉淀并洗涤、干燥即得锑掺杂碲化铋纳米线。
实施例5：
(1)将14.19g(0.045mol)氯化铋、1.14g(0.005mol)氯化锑和18.66g(0.05mol)乙二胺四乙酸二钠加入在1000ml水中，搅拌溶解，形成透明的络合物溶液；
(2)将17.22g(0.075mol)正碲酸溶解在750ml水中形成正碲酸水溶液；
(3)在配有冷凝管、磁搅拌的反应器中倒入上述络合物溶液和正碲酸水溶液，混合后加入12.52g(0.25mol)一水合肼，然后在120℃下回流反应5小时；
(4)反应结束后，将混合液冷却，分离出沉淀并洗涤、干燥即得锑掺杂碲化铋纳米线。
实施例6：
(1)将31.2g(0.099mol)氯化铋、0.23g(0.001mol)氯化锑和55.98g(0.15mol)乙二胺四乙酸二钠加入在800ml水中，搅拌溶解，形成透明的络合物溶液；
(2)将34.44g(0.15mol)正碲酸溶解在1000ml水中形成正碲酸水溶液；
(3)在配有冷凝管、磁搅拌的反应器中倒入上述络合物溶液和正碲酸水溶液，混合后加入30.04g(0.6mol)一水合肼，然后在80℃下回流反应5小时；
(4)反应结束后，将混合液冷却，分离出沉淀并洗涤、干燥即得锑掺杂碲化铋纳米线。

Claims (2)

1.一种锑掺杂碲化铋纳米线的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括：
步骤(1).将摩尔比为1∶9～99的氯化锑和氯化铋与乙二胺四乙酸二钠一起加入水中，形成络合物溶液；络合物溶液中氯化铋和氯化锑的总量与乙二胺四乙酸二钠的摩尔比为1∶1～2，络合物溶液中氯化铋和氯化锑总量的摩尔浓度为0.01～0.1M；
步骤(2).将正碲酸溶解在水中形成浓度为0.1～0.5M的正碲酸水溶液；
步骤(3).将络合物溶液与正碲酸水溶液混合，络合物溶液中所含氯化铋和氯化锑的总量与正碲酸水溶液中所含正碲酸的量的摩尔比为2∶3；然后加入过量的还原剂，在80～120℃下回流反应4～6小时；
步骤(4).反应结束后，将混合液冷却，分离出沉淀，将沉淀物洗涤、干燥后即得到锑掺杂碲化铋纳米线。
2.如权利要求1所述的一种锑掺杂碲化铋纳米线的制备方法，其特征在于该方法步骤(3)中所述的还原剂为硼氢化钠或一水合肼，加入的还原剂与氯化铋和氯化锑总量的摩尔比为5～10∶1。
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