[发明专利]一种四元硫代锑酸盐化合物半导体材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种四元硫代锑酸盐化合物半导体材料及其制备方法和用途，属于无机半导体材料领域。

背景技术

多元金属硫属化物具有非常复杂的结构,也具有丰富的物理和化学性质,是固体化学一个十分活跃的研究领域，这类化合物在在非线性光学，离子交换，光催化，离子导电等方面都呈现出一定的应用前景。硫属化物这些特殊的性质源于它们多样的组成和晶体结构。因此,开展多元金属硫属化物的合成,探讨它们结构与性质的关系,是进行多元金属硫属化物研究的热点。

相对于传统的三元硫属化合物，四元硫属化合物由更多的元素构成，元素之间相互作用更加多样，因而，得到的晶体种类更多、结构更复杂、也可能出现更多的性能。近年来,多元金属硫属化物的合成研究取得了重要进展,科学家通过各种方法,已合成出了大量具有新型结构及独特性质的四元硫属化合物,极大地丰富了硫属化物结构化学及材料化学。

由于Sb(III)活跃孤对电子的存在，锑硫属化合物具有非常丰富的结构类型,其基本构建单元为三角锥的SbQ₃和四面体的SbQ₄。以不同的阳离子作为结构导向剂,[Sb(III)Q]^3-单元能通过共边和共顶点的聚合形成不同结构的阴离子[Sb_xQ_y]^z-，组成链状，层状或三维网络。过渡金属离子同样可以与锑硫网络连接，形成更加复杂的无机阴离子骨架。

目前，国内外制备四元硫属化合物的典型方法主要包括高温固相法，中温助溶剂法以及低温溶剂热法。其中高温固相法产率高，选择性高，但反应温度高，实验操作复杂；中温助溶剂法实用性强但助溶剂多有毒性，挥发时对人体和环境造成危害。低温溶剂热法近三十年才被用于无机晶体材料的合成，与传统高温合成方法相比，由于易于调节溶剂热条件下的环境气氛,因而有利于低价态、中间价态与特殊价态化合物的生成,并能均匀进行掺杂,还有利于新相、新结构的合成。

溶剂热合成方法已成为近年来硫属化物的重要合成方法,通过选择合适的反应介质,不仅能极大地提高反应物的溶解度与扩散度,加快反应进程,而且能影响硫属阴离子骨架的结构。因此,开发新的溶剂热合成路线,寻找新的合成体系,是合成新型多元硫属化物的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种四元硫代锑酸盐化合物半导体材料及其制备方法和用途。

四元硫代锑酸盐化合物半导体材料化学组成式分别为：BaAgSbS₃，BaAgSbS₃·H₂O，其中所述BaAgSbS₃属于单斜晶系，C2/c空间群，晶胞参数a=9.3675(7)?，b=7.9328(5)?，c=17.2651(12)?，α=90°，β=101.734°，γ=90°，V=1256.17(15)?³，Z=8，D_c=4.898g/cm³，单晶体为橙红色块状，能隙为2.21eV；

BaAgSbS₃·H₂O属于正交晶系，Pan2空间群，晶胞参数a=18.8527(7)?，b=8.8232(3)?，c=8.6649(3)?，α=90°，β=90°，γ=90°，V=1441.33(9)?³，Z=8，D_c=4.435g/cm³，单晶体为黄色片状，能隙为2.43eV。

一种四元硫代锑酸盐化合物半导体材料的制备方法是：将摩尔比为1.0：0.4-1.0：0.2：2.0-3.0的水合氢氧化钡、金属银、二元固溶体硫化锑和单质硫混合，加入3-5mL水合肼，在160℃烘箱中反应7天，经去离子水和乙醇洗涤后得到BaAgSbS₃。

另一种四元硫代锑酸盐化合物半导体材料的制备方法是：将摩尔比为1.0-1.5：1.0-1.2：0.25-0.5：2.0-2.5的水合氢氧化钡、金属银、二元固溶体硫化锑和单质硫混合，加入3-5mL水合肼，在160℃烘箱中反应7天，经去离子水和乙醇洗涤后得到BaAgSbS₃·H₂O。

四元硫代锑酸盐化合物半导体材料用于制备光学半导体器件或太阳能电池过渡层材料。