[发明专利]一种亚微米级四方管状Sb2Se3的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料合成领域，具体涉及一种四方管状形貌的亚微米级Sb2Se3半导体材料及其制备方法。

背景技术

Sb₂Se₃是一种直接带隙半导体材料，具有层状结构，属正交晶系。由于其具有优异的光电性能，高的热电转化率，以及转换效应，受到越来越多的重视，并被广泛应用于光选择性和装饰性涂料，热电制冷和光化学器件，以及起始存储转换装置等领域。传统上，Sb₂Se₃是通过单质Sb和Se在高温条件下反应合成的。现在，许多湿化学方法被应用到合成Sb₂Se₃纳米晶，像水热、溶剂热等方法。许多一维Sb₂Se₃纳米晶包括纳米线、纳米棒、纳米带、微米管被成功合成了出来。由于具有出众的机械性能和独特的电子运动特性，纳米管状结构受到科学界广泛的关注。相对其他一维结构，由于纳米管具有独特的孔状结构，更难合成。前人的研究表明，能够合成管状结构的材料需拥有类似于石墨一样的层状结构。虽然Sb₂Se₃也具有层状结构，但是至今很少有人成功合成管状Sb₂Se₃。2002年，Xie Yi等人报到了Sb₂Se₃微管。他们采用溶剂热法，以SbCl₃和Se粉为原料，在乙醇溶液中，180℃下反应7天，成功合成了Sb₂Se₃管状结构(Xiuwen Zheng，Yi Xie，Liying Zhu，Xuchuan Jiang，Yunbo Jia，Wenhai Song，and Yuping Sun.Inorg.Chem.2002，41(3)，455-461.)。所合成的Sb₂Se₃管是微米级四方管，管长5-10mm，管口宽10-20μm，厚5-10μm。由于所合成的微米级四方管尺寸过大，不能呈现纳米管的优异性能，其应用受到一定限制。同时由于反应时间过长、产量过低，也大大影响了其工业化。本发明采用微波辅助多羟基法，以SbCl₃和Na₂SeO₃为原料，以丙三醇为溶剂和还原剂，微波加热8-10min，成功合成了亚微米级四方管结构Sb₂Se₃。所合成的Sb₂Se₃管，管长10-20μm，管口宽0.5-1μm，管壁厚100-200nm，沿(001)方向生长。尺寸接近纳米级，远小于文献报道。此方法简单、耗时极短，便于工业化生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种亚微米级四方管状Sb₂Se₃管，以及简单快速合成该亚微米级四方管状Sb₂Se₃管的方法。

本发明所述的亚微米级四方管状Sb₂Se₃，属正交晶系的单晶，晶胞参数为a＝11.633b＝11.78c＝3.985其结构为亚微米级四方结构，管长10-20μm，管口宽0.5-1μm，管壁厚100-200nm，沿(001)方向生长。

制备该Sb₂Se₃管的方法为：首先，在室温下将重量比为2∶3的SbCl₃和Na₂SeO₃加入到丙三醇中，磁力搅拌0.5-2个小时，放入微波反应器中加热8-10min；冷却后，将产物用乙醇和水反复交替洗净，在真空干燥箱中干燥后即得亚微米级Sb₂Se₃四方管。

作为上述制备方法的进一步改进，微波反应器的工作频率最好为2.45GHz、功率为800W。并且微波反应器最好采用40s工作，60s停止的循环加热模式。

利用紫外可见分光光度计测量所得Sb₂Se₃亚微型四方管的禁带宽度为1.161eV，与文献中Sb₂Se₃纳米棒、纳米线等纳米结构的禁带宽度数值保持一致。这说明本方法所得的Sb₂Se₃亚微米级四方管也同样能表现出一定的纳米结构材料的性能。