CN110342475B - 一种形貌尺寸可调的二碲化铁纳米材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种形貌尺寸可调的二碲化铁纳米材料的制备方法属于纳米材料制备的技术领域。首先，将二氧化碲粉末加入到十二硫醇中，室温搅拌5分钟，再向其中注入油胺，得到碲前驱体溶液；之后将无水氯化亚铁粉末与油胺混合，在氮气保护下加热至200℃并保持10分钟，得到铁前驱体溶液；在200℃温度下，将碲前驱体溶液注入到铁前驱体溶液中，反应30～60分钟，得到不同尺寸和形貌的二碲化铁纳米材料。本发明制备方法具有过程简单、合成时间短、产品的形貌和可重复性高等优点，制备的样品相纯度很高、样品结晶性好、粒径分布均匀。

Description

一种形貌尺寸可调的二碲化铁纳米材料的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备的技术领域，特别涉及一种形貌尺寸可调的二碲化铁纳米材料的制备方法。
背景技术
过渡金属碲化物纳米晶体，如碲化镉、碲化铅和碲化铋，由于它们独特和优异的性能备受关注，它们在热电、磁性、生物医学以及光伏催化中具有广泛的应用。为了丰富这些优秀纳米材料的广泛应用，许多工作倾向于利用纳米晶体作为自组装成一维有序排列结构的理想构建块。一维纳米材料由于其具有沿一定方向的取向特性使其被认定为定向电子传输的理想材料，是可用于电子及光激子有效传输的最小维度结构。一维纳米材料也由于尺寸小，表面所占的体积百分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致表面的活性位置增加，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。因为一维纳米结构具有良好的电学、光学和化学性能所以被广泛应用于各个领域。
过渡金属碲化物纳米晶体中，二碲化铁是具有窄带隙的重要半导体，并且在光电器件和热电器件领域中具有广泛的应用。在过去的十年中，研究人员通过水热法或溶剂热法或化学气相沉积制备了各种二碲化铁纳米结构，例如量子点，纳米棒和纳米片。例如，Zhang和同事报道了在一定浓度的KOH溶液下制备正交二碲化铁纳米棒的水热法。Oyler等已经使用十六烷基胺，三辛基氧化膦，三辛基膦，碲化物粉末和五羰基铁通过热注入方法成功制备了二碲化铁纳米片。尽管二碲化铁纳米晶的合成已经取得了诸多成果，但制备一维树状二碲化铁纳米材料还没有报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服背景技术存在的问题和缺陷，提供一种简单绿色的制备树状二碲化铁纳米材料的合成方法，且通过控制反应时间调控二碲化铁纳米粒子的尺寸和形貌。
本发明以无水氯化亚铁、二氧化碲粉末为原料，油胺、十二硫醇为配体，采用热注射溶剂热法合成树状二碲化铁纳米材料。具体的技术方案如下：
一种形貌尺寸可调的二碲化铁纳米材料的制备方法，是在希莱克系统中氮气保护下进行的；以无水氯化亚铁、二氧化碲粉末为原料，十二硫醇、油胺为配体，其中按摩尔比，无水氯化亚铁:二氧化碲＝1:2；首先，将二氧化碲粉末加入到十二硫醇中，室温搅拌5分钟，再向其中注入油胺，得到碲前驱体溶液，其中，每mmol二氧化碲使用10mL十二硫醇和10mL油胺；之后将无水氯化亚铁粉末与油胺混合，在氮气保护下加热至200℃并保持10分钟，得到铁前驱体溶液，其中每mmol无水氯化亚铁使用50mL油胺；在200℃温度下，将碲前驱体溶液注入到铁前驱体溶液中，在200℃条件下反应30～60分钟，得到不同尺寸和形貌的二碲化铁纳米材料。
本发明制备过程中，可以通过控制反应时间调控二碲化铁纳米粒子的尺寸和形貌，将碲前驱体溶液注入到铁前驱体溶液后，在200℃条件下反应30分钟得到具有一维纳米线结构的二碲化铁，当反应时间增加到60分钟时，可以得到具有树状纳米结构的二碲化铁。
本发明通过利用绿色高效无膦的碲源作为前驱物并通过热注射溶剂热法，制备了具有可调尺寸的二碲化铁纳米晶体的合成及其自组装成树状纳米结构。这项工作提供了一种简单的绿色方法，将二碲化铁纳米晶体与自组装行为相结合，适用于后续加工成量子限制的超结构，材料和器件。
综上，本发明具有以下有益效果：
1、制备的样品相纯度很高、样品结晶性好、粒径分布均匀。
2、本发明制备方法具有过程简单、合成时间短、产品的形貌和可重复性高等优点。
3、本发明的方法可以应用于量子限制的超结构、材料和器件的后续加工并具有大规模生产的潜力。
附图说明
图1是实施例1制备的具有一维纳米线结构的二碲化铁的透射电镜图。
图2是实施例2制备的具有树状纳米结构的二碲化铁在比例尺为0.5um下的透射电镜图。
图3是实施例2制备的具有树状纳米结构的二碲化铁在比例尺为1um下的透射电镜图。
图4是实施例2制备的具有树状纳米结构的二碲化铁在比例尺为100nm下的透射电镜图。
图5是实施例2制备的具有树状纳米结构的二碲化铁在比例尺为50nm下的透射电镜图。
图6是实施例2制备的具有树状纳米结构的二碲化铁在比例尺为0.5um下铁(Fe)元素分布图。
图7是实施例2制备的具有树状纳米结构的二碲化铁在比例尺为0.5um下碲(Te)元素分布图。
图8是实施例2制备的具有树状纳米结构的二碲化铁的能谱图。
具体实施方式
现结合下列实施例更加具体地描述本发明，如无特殊说明，所用试剂均为市售可获得的产品，并未加进一步提纯使用。
实施例1反应时间为30分钟时，得到具有一维纳米线结构的二碲化铁
合成具有一维纳米线结构的二碲化铁是在希莱克(Schlenk)系统中进行，合成过程需要氮气保护，具体合成过程如下：0.1mmol无水氯化亚铁粉末与5mL油胺混合物装入50mL三颈烧瓶中，之后将三颈瓶的两侧口用胶塞塞住，将中间口连接到Schlenk系统，将热电偶从三颈瓶的一侧插到液面下，在氮气保护下搅拌并加热至200℃并保持10分钟得到澄清透明的溶液，作为铁前驱体溶液。将2.0mL的十二硫醇和0.2mmol二氧化碲粉末混合装入20mL称量瓶中，在室温下搅拌5分钟，然后向其中注入2.0mL油胺溶液，在室温环境下得到黑色溶液，作为碲前驱体溶液。最后，将碲前驱体溶液注入到铁前驱体溶液中，在200℃反应30分钟后提取样品，得到具有一维纳米线结构的二碲化铁。
本实施例制备的具有一维纳米线结构的二碲化铁透射电镜图如图1所示，二碲化铁纳米粒子的平均粒径是6.3nm，其长度为2-10μm。
实施例2当反应时间为60分钟时，得到具有树状纳米结构的二碲化铁
合成具有树状纳米结构的二碲化铁合成是在希莱克(Schlenk)系统中进行，合成过程需要氮气保护，具体合成过程如下：0.1mmol无水氯化亚铁粉末与5mL油胺混合物装入50mL三颈烧瓶中，之后将三颈瓶的两侧口用胶塞塞住，将中间口连接到Schlenk系统，将热电偶从三颈瓶的一侧插到液面下，在氮气保护下搅拌并加热至200℃并保持10分钟得到澄清透明的溶液，作为铁前驱体溶液。将2.0mL的十二硫醇和0.2mmol二氧化碲粉末混合装入20mL称量瓶中，在室温下搅拌5分钟，然后向其中注入2.0mL的油胺溶液，在室温环境下得到黑色溶液，作为碲前驱体溶液。最后，将碲前驱体溶液注入到铁前驱体溶液中，在200℃反应60分钟后提取样品，得到具有树状纳米结构的二碲化铁。
本实施例制备具有树状纳米结构的二碲化铁在不同倍数下的透射电镜图如2-5所示。二碲化铁纳米粒子的平均粒径是8.8nm，图6-7是树状纳米结构的二碲化铁的元素分布图，显示Fe和Te元素均匀分布，构成树状纳米结构的二碲化铁。图8是具有树状纳米结构的二碲化铁的能谱图，表明样品含有Fe、和Te元素。

Claims (1)

1.一种形貌尺寸可调的二碲化铁纳米材料的制备方法，是在希莱克系统中氮气保护下进行的；以无水氯化亚铁、二氧化碲粉末为原料，十二硫醇、油胺为配体，其中按摩尔比，无水氯化亚铁:二氧化碲=1:2；首先，将二氧化碲粉末加入到十二硫醇中，室温搅拌5分钟，再向其中注入油胺，得到碲前驱体溶液，其中，每mmol二氧化碲使用10mL十二硫醇和10mL油胺；之后将无水氯化亚铁粉末与油胺混合，在氮气保护下加热至200℃并保持10 分钟，得到铁前驱体溶液，其中每mmol无水氯化亚铁使用50mL油胺；在200℃温度下，将碲前驱体溶液注入到铁前驱体溶液中，在200 ℃条件下反应30分钟得到具有一维纳米线结构的二碲化铁，或反应60分钟，得到具有树状纳米结构的二碲化铁。
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