[发明专利]一种水热合成厚度可调的硫化锑微纳米片阵列的方法

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种水热合成厚度可调的硫化锑微纳米片阵列的方法。

（二）背景技术

半导体纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级的超细半导体材料。由于尺寸的减少，出现了量子尺寸效应、表面效应等特性，使得半导体纳米材料在光电、微电子、光催化、传感器探测器、生物照影等领域有重要运用。

在众多半导体纳米材料中，V-VI族化合物由于良好的光生伏特（photovoltaic）和高的热电（thermoelectric）转化特性，成为研究热点，硫化锑就是其中之一，硫化锑是一种层状结构的Ⅴ-Ⅵ族直接带隙半导体材料，其能带间隙为1.5～2.2eV，覆盖了整个太阳光的光谱波长范围，具有较高的光敏感性，在发光材料、光催化材料、太阳能材料等方面有广泛的应用前景。目前，硫化锑微纳米材料合成方法主要有微波法（参见：H.Wang,J.-M.Zhu,J.-J.Zhu,L.-M.Yuan,H.-Y.Chen,Langmuir2003,19,10993.）、水热法（参见：Y.Yu,R.H.Wang,Q.Chen,L.M.Peng,The Journal of Physical Chemistry B2005,109,23312.）、溶剂热法（参见：P.G.Sheikhiabadi,M.Salavati-Niasari,F.Davar,Materials Letters2012,71,168.）、化学沉积法（参见：S.-J.Moon,Y.Itzhaik,J.-H.Yum,S.M.Zakeeruddin,G.Hodes,M.,The Journal of Physical Chemistry Letters2010,1,1524.）、模版法（参见：J.Varghese,S.Barth,L.Keeney,R.W.Whatmore,J.D.Holmes,Nano Letters2012,12,868.）等。

水热法制备纳米晶的过程是在流体参与的高压容器中进行的，一般以聚四氟乙烯材质内胆，密封到不锈钢的高压釜中，放置在100℃以上的炉内保温一定时间完成反应。高温时，水处于超临界状态，物质在水中的物性与化学反应性能均发生很大变化，经水热反应合成的纳米晶，其晶粒发展完整、粒度分布均匀、颗粒之间少团聚，颗粒度可控制。

（三）发明内容

本发明目的是提供一种以水热方式合成厚度可调的硫化锑微纳米片阵列的方法。

本发明采用的技术方案是：

一种水热合成厚度可调的硫化锑微纳米片阵列的方法，所述方法包括:以铋盐为Bi源，以巯基化合物为S源，以水为溶剂，以二水合柠檬酸钠和乙二胺为配体，在反应体系中放置厚度均匀的钨片作为生长基底，于140～200℃下进行反应8～24个小时，通过改变配体乙二胺与水的用量比，在基底上得到相应不同厚度的硫化锑微纳米片阵列；其中，Bi源、S源、二水合柠檬酸钠的物质的量之比2：3～4：8～10，乙二胺与水体积之比为12～24%：76～88%（二者总体积100%）。具体操作如下：在不断搅拌下向水中依次加入二水合柠檬酸钠、锑盐、巯基化合物、乙二胺，搅拌至溶液澄清透明，转移至聚四氟乙烯材质内胆中，置入钨片作为基底，密闭到不锈钢的高压釜中，置入预热到140～200℃的烘箱中，反应8～24小时，通过调节水和乙二胺的比例，获得不同厚度的硫化锑微纳米片阵列。

所述的巯基化合物为下列之一：巯基琥珀酸（硫代苹果酸），L-半胱氨酸，巯基乙酸，巯基丙酸，半胱氨酸，巯基丁酸或硫代甘油，优选为巯基琥珀酸。

所述的铋盐为酒石酸锑钾或三氯化锑，优选为酒石酸锑钾。

优选的，所述反应在180℃下进行反应时间16～24小时。

本发明以巯基化合物和金属锑盐为原料，通过控制溶剂和配体（水和乙二胺）的比例和反应时间，通过水热法合成硫化锑微纳米片阵列，在钨片基底表面生长的阵列排列有序，尺寸具有优良的一致性。

本发明的有益效果主要体现在：本发明采用的方法操作简单，原料、溶剂廉价易得，重现性好，可通过简单的变量调控得到一系列不同厚度的微纳米片阵列。

（四）附图说明

图1为实施例1硫化锑阵列的XRD图；a为生长有硫化锑阵列的钨片的XRD图；b为图a中2thera=10°～55°时的XRD图；

图2为实施例1制得的硫化锑阵列的EMAX图；

图3为实施例1制得的硫化锑阵列的SEM图；a为放大1500倍时SEM图；b为放大2000倍时SEM图；

图4为实施例2制得的硫化锑阵列的SEM图；a、b均为放大1500倍时SEM图；