[发明专利]超声波/微波溶剂热合成核壳结构A2B3/CuSe材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波/微波协同作用下溶剂热合成核壳结构A₂B₃/CuSe材料的方法，其中A为In和Ga中的一种或两种，B为S和Se中的一种或两种，所合成的材料可用于制造光电感应器件和光伏器件。

背景技术

通常情况下，(In和/或Ga)₂(S和/或Se)₃和CuSe粉体的合成均不困难，可以通过固相反应、机械合金化或溶剂热等方式方便的获得；然而，这些工艺都很难通过合成工艺过程的控制形成特定的复合结构，如核壳结构——如何将壳体材料在核体材料上形成有效包覆一直是制备此类材料制备的难点；本发明利用微波辐射加热均匀一致的特点，通过微波加热达到溶剂热合成的基础热力学条件；利用超声波在液体中的超声活化效应，降低合成温度，加快反应速度；特别是利用超声波在固液界面上的聚焦效应，在核体材料表面形成高能区，从而在该区快速合成壳体材料从而形成有效包覆。

发明内容

本发明的目的是提供一种在常压下利用超声波和微波协同作用，通过溶剂热方法快速合成核壳结构的(In和/或Ga)₂(S和/或Se)₃/CuSe材料的方法。

具体步骤为：

(1)合成A₂B₃粉体：

将A盐和B源按目标产物的摩尔配比放入容器中，加入溶剂，在容器中混合均匀后倒入三口反应容器中，所述三口反应容器置于超声波/微波组合反应系统中，且三口反应容器的两边分别插入冷凝管和温度计、中间插入超声探头，设置微波加热功率为100~1000瓦、反应温度为100~250℃、超声功率为10~80%、超声发生时间为1~10秒以及超声间隙时间为0~10秒，启动仪器，边超声震荡边微波加热，待温度上升至设定温度后保温额定时间0.5~5小时，保温结束后自然冷却至室温，取出反应产物并分别用去离子水和无水乙醇离心洗涤3~4次后即获得 A₂B₃粉体。

(2)以A₂B₃为核在其表面合成CuSe壳层：

按目标产物的摩尔配比分别称取铜盐、步骤(1)合成的A₂B₃粉体和Se源，然后将称取的Se源充分溶解于溶剂中，再将称取的铜盐和步骤(1)合成的A₂B₃粉体加入溶剂中混合均匀，制得混合溶液；将制得的混合溶液加入三口反应容器中，所述三口反应容器置于超声波/微波组合反应系统中，且三口反应容器的两边分别插入冷凝管和温度计、中间插入超声探头，设置微波加热功率为100~1000瓦、反应温度为100~150℃、超声功率为10~80%、超声发生时间为1~10秒以及超声间隙时间为0~10秒，启动仪器，边超声震荡边微波加热，待温度上升至设定温度后保温额定时间0.5~5小时，保温结束后自然冷却至室温，取出反应产物并分别用去离子水和无水乙醇离心洗涤3~4次，真空干燥后即获得核壳结构的A₂B₃/CuSe粉体。

所述A盐为In盐和Ga盐中的一种或两种，所述B源为S源和Se源中的一种或两种。

所述溶剂为乙二醇、丙三醇和水合联胺中的一种或多种，当为多种时，所使用溶剂可以以任意体积比混合。

所述S源为硫脲、硫粉和硫代乙酰胺中的一种。

所述Se源为亚硒酸和硒粉中的一种。

本发明采用超声波/微波辅助溶剂热在常压下合成核壳结构A₂B₃/CuSe粉体，利用微波加热获得的均匀热场提供反应所需的基础热力学条件，在A₂B₃核体合成阶段，利用超声作用在均匀液体中的空化作用快速、大量成核；在CuSe壳体合成阶段，利用超声波在A₂B₃核上产生聚焦效应形成有效包覆。

本发明可以通过配料的控制，完成核壳结构A₂B₃/CuSe粉体的制备，可以通过化学计量的调整获得包括前述组合的缺陷化合物A_2-xB_3-y/Cu_2-zSe，其中，x=0~1，y=0~2，z=0~1.2。

本发明可以通过控制反应温度、反应时间、微波功率、超声功率、超声发生时间以及超声间隙时间来控制反应的进行速度和程度。