[发明专利]暴露高能（111）晶面立方结构Cu2Se单晶纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于低维结构半导体光电子材料技术领域，具体涉及一种暴露高能（111）晶面立方结构Cu₂Se单晶纳米线的制备方法，以及该Cu₂Se单晶纳米线的用途。

背景技术

众所周知，半导体纳米材料的物理化学性能非常强烈依赖于尺寸和形貌。最近，人们发现半导体纳米材料的光催化和化学传感性能与其暴露的晶面密切相关，所以，具有高反应活性面半导体纳米材料的制备具有非常重要科学意义和巨大应用价值[Adv.Mater.2012,24,229-251]。然而，高反应活性面通常是高能晶面，高能晶面一般生长速度快，不易暴露出来，纳米材料通常暴露的晶面是那些生长速度较慢的晶面。因此，暴露高能反应活性面半导体纳米材料的制备是一极具挑战性问题[J.Am.Chem.SOC.2011,133,6490-6492]。

Cu₂Se为II-VI族窄禁带化合物半导体，具有立方相、六方相、四方相、单斜相和正交晶系5种晶体结构，其中立方相最稳定[Chem.Eur.J.2012,18,13213-13221]。Cu₂Se由于独特的光学和电学性质，在光学过滤器、光催化、太阳能电池、超离子导体、锂离子电池和超级电容器等领域具有广泛的潜在应用价值。2010年，Riha等首次合成出了单分散单斜结构Cu₂Se纳米颗粒[J.Am.Chem.SOC.2011,133,1383-1390]，随后人们合成出了六方相Cu₂Se纳米颗粒和纳米棒[Nano.Lett.2011,11,4964-4970]、正交相Cu₂Se纳米线[Superlattices and Microstructures.2013,294-302]、四方相Cu₂Se支化结构以及由小立方体组装的四方和立方结构Cu₂Se纳米线[J.Phys.Chem.C2013,117,15164-15173]。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用简单的溶剂热法制备暴露高能（111）高能晶面且大纵横比的立方结构Cu₂Se单晶纳米线的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：将一水合醋酸铜、Se粉、NaOH、溶剂加入聚四氟乙烯内衬中，搅拌均匀后置于反应釜中，160～220℃反应6～24小时，制备成暴露高能（111）晶面立方结构Cu₂Se单晶纳米线。

上述的一水合醋酸铜与Se粉、NaOH的摩尔比为1～2:1:50～70，优选1:1:60；一水合醋酸铜与溶剂的质量-体积比1～2g:250mL，溶剂的加入量为聚四氟乙烯内衬容积的40%～60%，所述的溶剂是丙三醇与乙醇的体积比为0:1～0.67:1的混合液，优选丙三醇与乙醇的体积比为0.67:1的混合液。

上述的反应条件优选200℃反应12小时。

本发明采用简单的溶剂热法制备成Cu₂Se单晶纳米线，其具有立方相晶体结构，暴露高能（111）晶面且具有大的纵横比，Cu₂Se纳米线沿[-202]方向生长，纳米线的直径为142nm～1.1μm、长度为5.4～102μm。本发明制备方法操作简单，成本低，重复性和一致性好，所制备的暴露高能（111）晶面立方结构Cu₂Se单晶纳米线可望在光催化、太阳能电池、超离子导体、锂离子电池和超级电容器等应用中体现增强的光电性能。

附图说明

图1是实施例1制备的Cu₂Se单晶纳米线的扫描电镜照片。

图2是实施例1制备的Cu₂Se单晶纳米线的XRD图。

图3是实施例1制备的Cu₂Se单晶纳米线的透射电子显微镜照片。

图4是实施例1制备的Cu₂Se单晶纳米线的电子衍射图。

图5是实施例1制备的Cu₂Se单晶纳米线局部的高分辩透射电子显微镜照片。

图6是实施例1制备的Cu₂Se单晶纳米线的XPS图中Cu2p分峰图。

图7是实施例1制备的Cu₂Se单晶纳米线的XPS图中Se3d分峰图。

图8是实施例2制备Cu₂Se单晶纳米线的扫描电镜照片。