[发明专利]一种空气稳定n型热电材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Fe‑THBQ纳米材料及其制备方法。该Fe‑THBQ纳米材料是按照包括下述步骤的方法制备得到的：1)在氮气气氛中，将THBQ与溶剂混合，搅拌使其充分分散溶解，得到混合液；所述THBQ代表四羟基对苯醌；2)保持氮气气氛，向所述混合液中加入硫酸亚铁，充分搅拌后，加热至所需温度进行反应，待反应完毕，使体系自然冷却，过滤，并依次用水、乙醇清洗产物，将得到的固体置于真空烘箱烘干即可。将固体压块后表征其电导率和塞贝克系数。该法制备得到的Fe‑THBQ纳米材料结晶性高，塞贝克系数为负，并可在空气中稳定存在，对合成空气稳定n型热电材料有重要意义。

技术领域

本发明属于热电材料领域，涉及一种热电金属有机框架材料纳米粒子的制备方法，尤其是一种利用绿色无毒原材料制备空气稳定的n型热电材料的方法，并对其热电性能进行了测试。

背景技术

随着人类社会的发展，环境污染和能源短缺对人类的生存环境影响越来越明显。为了不断满足能源需求，人类开始不断探索各种新型能源。热电材料是一种利用热电效应，通过材料内部载流子的输运实现热能与电能直接转换的一种材料，其对废弃热能的利用填补了其他材料的空白。无机热电材料以硒化锡晶体的性能最为突出，但是无机热电材料依然存在部分不足：如制备过程不够绿色环保，不便制备柔性器件等。有机热电材料因其制备原料来源广泛，绿色无毒，成本低等优点渐渐受到越来越多的人的关注。但是大部分n型半导体都是空气不稳定的，需要在无氧的条件下储存、使用。

金属有机框架(MOF)是一种由金属和有机配体组成的具有延伸结构的杂化材料。由于金属和有机配体的选择多样性以及制备条件的多样性，金属有机框架的种类发展得到了极大的推进。其在气体分离、化学传感器、电容器等方便也展现出了巨大的潜力。由于MOF材料表现出来的高电导特性，人们对于MOF材料在热电领域的应用的关注度也越来越高，近年来，有众多MOF材料在热电领域崭露头角，彰显出MOF材料在热电领域的巨大潜力。

发明内容

本发明的目的是提供一种绿色、快捷制备Fe-THBQ(四羟基对苯醌)纳米材料的方法。该方法需要的原材料廉价易得，绿色无污染。制备过程简单、节约能源，且得到的材料可以在空气中稳定存在，对于发展空气稳定n型热电金属有机框架材料具有重要意义。

本发明所提供的制备Fe-THBQ(四羟基对苯醌)纳米材料的方法，包括下述步骤：

1)在氮气气氛中，将THBQ(四羟基对苯醌)与溶剂混合，搅拌使其充分分散溶解，得到混合液；

2)保持氮气气氛，向所述混合液中加入硫酸亚铁，充分搅拌后，加热至所需温度进行反应，待反应完毕，得到含所述Fe-THBQ(四羟基对苯醌)纳米材料的体系。

上述方法还包括下述步骤：将含所述Fe-THBQ(四羟基对苯醌)纳米材料的体系自然冷却，静置，弃去上层清液，加入水，超声洗涤，过滤，再并依次用水、乙醇清洗产物，将得到的固体烘干。所述烘干的温度为25至80摄氏度。

上述的制备方法中，步骤(4)洗涤的过程中要使固体完全分散在洗涤液中再过滤才能得到纯度较高的Fe-THBQ(四羟基对苯醌)。

MOF的制备一般需要隔绝氧气。因此，上述方法中所需溶剂需要事先脱去溶解氧，且制备过程需要在氮气条件下进行。为了实现这两个需求，本发明选用冷冻-解冻的方法将溶解氧去除，并将反应容器接至连有氮气的双排管上保持氮气氛围。

所述溶剂脱去溶解氧的具体方法如下：将溶剂置于具支茄形瓶中，将瓶口用橡胶塞塞住，通过液氮冷冻-解冻抽气的过程去除溶剂中的溶解氧。在上述去除溶解氧的过程中，所述冷冻-解冻的过程需要重复三次。

上述方法步骤1)的具体操作如下：将适量THBQ置于反应容器中，并接上双排管，抽换至氮气气氛；然后将溶剂加入反应容器中，搅拌使之充分分散溶解。

优选的：将反应容器内部气氛置换为氮气的过程中，需要抽换三次。