CN107601440B - 一种金属碲化物花状微纳结构的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属碲化物花状微纳结构的制备方法，本制备方法属于半导体材料制备技术领域。本方法是用乙二醇溶解亚碲酸钠，聚乙烯吡咯烷酮，乙酸钠，乙二胺和乙酰丙酮锌，并在惰性环境下排除溶液中的氧气，升温得到前驱体。然后分别加入乙酰丙酮铜，乙酰丙酮铋，乙酰丙酮镉，乙酰丙酮铅和乙酰丙酮锑，就可以成功制备出碲化铜,碲化铋，碲化镉，碲化铅和碲化锑的花状微纳结构。制备的碲化铜,碲化铋，碲化镉，碲化铅和碲化锑花状微纳结构的直径为8‑10微米。本方法的优点是合成过程简单，重复性好，安全环保，可节约成本。基于以上特点，本发明在实验室研究和工业应用方面都具有很高的价值。

Description

一种金属碲化物花状微纳结构的制备方法
技术领域
本发明涉及微纳结构的制备技术领域，具体涉及到一种金属碲化物花状微纳结构的制备方法。
背景技术
热电转换技术同时利用了材料的赛贝克(Seebeck)效应热电发电技术和帕尔帖(Peltier)效应热电制冷技术。利用热电材料制造的温差发电和制冷器件具有体积小、重量轻、结构简单、坚固耐用、无污染、无磨损、无噪声、无需运动部件、安全可靠等优点，应用前景非常广阔。
在过去的几十年，微纳米结构由于其独特的光学，电学，热学性质及其潜在的应用价值而在基础研究和工业上受到人们特别的关注。随着制备技术的发展，设计和构筑特殊形状的碲化物微纳米结构能够拓宽材料的应用领域，所以引起了人们的广泛兴趣。两步骤的模板法作为一种常见的，环境友好的且发展完善的制备金属碲化物的方法得到了迅速发展。人们利用模板法制备出的金属碲化物在光电和热电领域有着广阔的应用前景。但由于六方晶系的碲原子因范德瓦尔斯力的作用而很容易形成一维结构的纳米线、纳米管和纳米带，因而采用一维结构的碲模板来制备的碲化物往往形成的也是一维结构，其尺寸特点限制了模板法在多维碲化物微纳米结构制备上的应用。
发明内容
本发明提供了一种低成本、简单便捷的方法制备金属碲化物（碲化铜，碲化铋，碲化镉，碲化铅和碲化锑）微纳米结构的方法，解决了目前制备过程复杂、多维模板不易制备和多维形貌不易控制等问题。
实现本发明的技术方案是：一种金属碲化物花状微纳结构的制备方法，步骤如下：
向ZnTe花状晶体中加入乙酰丙酮类化合物、氯化铋和醋酸锑中的任意一种，反应30-50min后离心提纯得到花状微纳结构碲化物。
所述ZnTe花状晶体的制备方法如下：将亚碲酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、乙酸钠、乙二胺和锌化合物混合并溶解于乙二醇中，形成混合溶液，在惰性环境下排除混合溶液中的氧气，加热到165-195℃反应0.5-3h得到ZnTe花状晶体。
所述亚碲酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、乙酸钠、乙二胺和锌化合物的物质的量之比为：（0.03-0.08）：（0.015-0.020）：（0.001-0.002）：（0.05-0.1）：（0. 5-0.8）。
所述在惰性环境下排除混合溶液中的氧气，具体步骤为：向混合溶液中通入氮气、氩气或者氦气形成惰性环境，加热到40-60℃保持30-50min排除混合溶液中的氧气。
所述锌化合物为乙酰丙酮锌、硫酸锌或醋酸锌。
所述乙酰丙酮类化合物、氯化铋或醋酸锑与步骤（1）中ZnTe花状晶体中Te的物质的量之比为：（0.5-0.9）：（0.03-0.08）。
所述步骤（2）中乙酰丙酮类化合物为乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镉或乙酰丙酮铅。
所述步骤（2）中花状微纳结构碲化物的直径为8 μm。
本发明的有益效果是：本发明采用无机-有机混合多层花状晶体作为新型模板，并在此基础上引入阳离子，从而成功制备出形貌，尺寸可控的多维金属碲化物（碲化铜，碲化铋，碲化镉，碲化铅和碲化锑），达到有效拓展材料应用领域的目的。方法工序简单，便于操作，使用的溶剂环保且成本低。制备的金属碲化物（碲化铜，碲化铋，碲化镉，碲化铅和碲化锑）微纳结构具有单分散性好，质量高，尺寸分布均匀，稳定性好等优点。本方法无论是在实验室合成还是工业合成上都具有巨大的应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制备的Cu7Te4花状微纳结构的扫描电镜图片和X射线衍射图谱。
图2为实施例2制备的Bi4Te3花状微纳结构的扫描电镜图片和X射线衍射图谱。
图3为实施例3制备的Sb2Te3花状微纳结构的扫描电镜图片和X射线衍射图谱。
图4为实施例4制备的PbTe花状微纳结构的扫描电镜图片和X射线衍射图谱。
图5为实施例5制备的CdTe花状微纳结构的扫描电镜图片和X射线衍射图谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例金属碲化物花状微纳结构的制备方法，合成Cu7Te4的花状微纳结构，步骤如下：取0.05 mmol (0.1132 g)的亚碲酸钠，0.4 g的聚乙烯吡咯烷酮(分子量为24000)，0.0932 g的乙酸钠，4 mL的乙二胺，0.2 g的乙酰丙酮锌和20 mL的乙二醇，加入到50 mL三颈瓶中形成混合溶液并在氮气环境下加热到50 oC保持40分钟排除氧气，然后加热到175 oC直到溶液变成棕色。然后加入0.229 g乙酰丙酮铜，反应半个小时后，用乙醇离心提纯两次以上可以得到Cu7Te4的花状微纳结构。（扫描电镜图和X射线衍射图如图1）。
实施例2
本实施例金属碲化物花状微纳结构的制备方法，合成Bi4Te3的花状微纳结构，步骤如下：取0.05 mmol (0.1132 g)的亚碲酸钠，0.4 g的聚乙烯吡咯烷酮(分子量为24000)，0.0932 g的乙酸钠，4 mL的乙二胺，0.2 g的乙酰丙酮锌和20 mL的乙二醇，加入到50 mL三颈瓶中形成混合溶液并在氮气环境下加热到50 oC保持40分钟排除氧气，然后加热到175 oC直到溶液变成棕色。然后迅速加入0.1053 g氯化铋，反应半个小时后，用乙醇离心提纯两次以上可以得到Bi4Te3的花状微纳结构。（扫描电镜图和X射线衍射图如图2）。
实施例3
本实施例金属碲化物花状微纳结构的制备方法，合成Sb2Te3的花状微纳结构，步骤如下：取0.05 mmol(0.1132 g)的亚碲酸钠，0.4 g的聚乙烯吡咯烷酮(分子量为24000)，0.0932 g的乙酸钠，4 mL的乙二胺，0.2 g的乙酰丙酮锌和20 mL的乙二醇，加入到50 mL三颈瓶中现成混合溶液并在氮气环境下加热到50 oC保持40分钟排除氧气，然后加热到175 oC直到溶液变成棕色。然后迅速加入0.1000 g醋酸锑，反应半个小时后，用乙醇离心提纯两次以上可以得到Sb2Te3的花状微纳结构。（扫描电镜图和X射线衍射图如图3）。
实施例4
本实施例金属碲化物花状微纳结构的制备方法，合成PbTe的花状微纳结构，步骤如下：取0.05 mmol (0.1132 g)的亚碲酸钠，0.4 g的聚乙烯吡咯烷酮(分子量为24000)，0.0932 g的乙酸钠，4 mL的乙二胺，0.2 g的乙酰丙酮锌和20 mL的乙二醇，加入到50 mL三颈瓶中现成混合溶液并在氮气环境下加热到50 oC保持40分钟排除氧气，然后加热到175 oC直到溶液变成棕色。然后迅速加入0.2000 g 乙酰丙酮铅，反应半个小时后，用乙醇离心提纯两次以上可以得到PbTe的花状微纳结构。（扫描电镜图和X射线衍射图如图4）。
实施例5
本实施例金属碲化物花状微纳结构的制备方法，合成CdTe的花状微纳结构，步骤如下：取0.05 mmol (0.1132 g)的亚碲酸钠，0.4 g的聚乙烯吡咯烷酮(分子量为24000)，0.0932 g的乙酸钠，4 mL的乙二胺，0.2 g的乙酰丙酮锌和20 mL的乙二醇，加入到50 mL三颈瓶中现成混合溶液并在氮气环境下加热到50 oC保持40分钟排除氧气，然后加热到175 oC直到溶液变成棕色。然后迅速加入0.1560 g乙酰丙酮镉，反应半个小时后，用乙醇离心提纯两次以上可以得到CdTe的花状微纳结构。（扫描电镜图和X射线衍射图如图5）。
实施例6
本实施例金属碲化物花状微纳结构的制备方法，步骤如下：
（1）将0.03mol亚碲酸钠、0.015mol聚乙烯吡咯烷酮、0.001mol乙酸钠、0.05mol乙二胺和0.5mol硫酸锌混合并溶解于乙二醇中，形成混合溶液，向混合溶液中通入氮气制造出惰性环境，在惰性环境下加热到40℃保持50min排除混合溶液中的氧气，加热到165℃反应0.5h得到ZnTe花状晶体；
（2）向ZnTe花状晶体中分别加入0.5mol醋酸锑，反应30min后离心提纯得到花状微纳结构碲化物。
实施例7
本实施例金属碲化物花状微纳结构的制备方法，步骤如下：
（1）将0.05mol亚碲酸钠、0.018mol聚乙烯吡咯烷酮、0.0015mol乙酸钠、0.08mol乙二胺和0.7mol醋酸锌混合并溶解于乙二醇中，形成混合溶液，向混合溶液中通入氩气制造出惰性环境，在惰性环境下加热到50℃保持40min排除混合溶液中的氧气，加热到170℃反应1h得到ZnTe花状晶体；
（2）向ZnTe花状晶体中分别加入0.8mol氯化铋，反应40min后离心提纯得到花状微纳结构碲化物。
实施例8
本实施例金属碲化物花状微纳结构的制备方法，步骤如下：
（1）将0.08mol亚碲酸钠、0.020mol聚乙烯吡咯烷酮、0.002mol乙酸钠、0.1mol乙二胺和0.8mol乙酰丙酮锌混合并溶解于乙二醇中，形成混合溶液，向混合溶液中通入氦气制造出惰性环境，在惰性环境下加热到60℃保持30min排除混合溶液中的氧气，加热到195℃反应3h得到ZnTe花状晶体；
（2）向ZnTe花状晶体中分别加入0.9mol乙酰丙酮铜，反应50min后离心提纯得到花状微纳结构碲化物。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种金属碲化物花状微纳结构的制备方法，其特点在于步骤如下：
向ZnTe花状晶体中加入乙酰丙酮类化合物、氯化铋和醋酸锑中的任意一种，反应30-50min后离心提纯得到花状微纳结构碲化物；
所述乙酰丙酮类化合物、氯化铋或醋酸锑与ZnTe花状晶体中Te的物质的量之比为1：（0.5-0.9）：（0.03-0.08）；
其中ZnTe花状晶体的制备方法如下：将亚碲酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、乙酸钠、乙二胺和锌化合物混合并溶解于乙二醇中，形成混合溶液，在惰性环境下排除混合溶液中的氧气，加热到165-195℃反应0.5-3h得到ZnTe花状晶体；
所述亚碲酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、乙酸钠、乙二胺和锌化合物的物质的量之比为：（0.03-0.08）：（0.015-0.020）：（0.001-0.002）：（0.05-0.1）：（0. 5-0.8）。
2.根据权利要求1所述的金属碲化物花状微纳结构的制备方法，其特点在于所述在惰性环境下排除混合溶液中的氧气，具体步骤为：向混合溶液中通入氮气、氩气或者氦气形成惰性环境，加热到40-60℃保持30-50min排除混合溶液中的氧气。
3.根据权利要求1所述的金属碲化物花状微纳结构的制备方法，其特点在于：所述锌化合物为乙酰丙酮锌、硫酸锌或醋酸锌。
4.根据权利要求1所述的金属碲化物花状微纳结构的制备方法，其特点在于：所述乙酰丙酮类化合物为乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镉或乙酰丙酮铅。
5.根据权利要求1所述的金属碲化物花状微纳结构的制备方法，其特点在于：所述花状微纳结构碲化物的直径为8 μm。
6.根据权利要求1所述的金属碲化物花状微纳结构的制备方法，其特点在于步骤如下：
（1）将亚碲酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、乙酸钠、乙二胺和锌化合物混合并溶解于乙二醇中，形成混合溶液，在惰性环境下排除混合溶液中的氧气，加热到165-195℃反应1-3h得到ZnTe花状晶体；
（2）向ZnTe花状晶体中加入乙酰丙酮类化合物、氯化铋和醋酸锑中的任意一种，反应30-50min后离心提纯得到花状微纳结构碲化物。
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