[发明专利]一种纳米P-P异质结构及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种纳米P‑P异质结构及其制备和应用，所述异质结构由P型半导体碲纳米线和P型半导体碲化锑纳米片组成，其中异质结构以碲纳米线表面缺陷为晶核，碲化锑纳米片垂直生长于碲纳米线表面。本发明制备的纳米P‑P异质结构可高效过滤低能量载流子进而提高其Seececk系数和热电性能，在温差发电与通电制冷领域有重要的科学价值和广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米热电材料及其制备和应用领域，特别涉及一种纳米P-P异质结构及其制备和应用。

背景技术

热电材料可以通过内部载流子的定向迁移实现热能与电能的相互转换，目前已经广泛应用于温差发电与通电制冷领域。无量纲值ZT是衡量热电性能的重要指标，ZT值可表示为：ZT＝S²σT/k，其中S是Seebeck系数、σ是电导率、k是热导率、T为绝对温度。性能优异的热电材料通常需要较高的Seebeck系数和电导率以及较低的热导率。

硫族化合物是目前研究最多且性能优异的热电材料，例如研究者(Energy,125(2017):519-525)(ACS Applied MaterialsInterfaces 7.26(2015):14263-14271)分别利用溶剂热法合成碲纳米线和碲化锑纳米片并结合相关工艺制备出薄膜与块体热电材料，但其热电转换效率仍然较低，难以产业化应用。因此需要依托热电性能优化策略调控材料结构，进一步提高其热电性能。

本发明利用无机合成技术构筑纳米P-P异质结构，利用异质结构对低能量载流子的过滤效应提高碲纳米线的Seebeck系数，从而提高其热电性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米P-P异质结构及其制备和应用，克服现有技术中纳米热电材料的Seebeck系数较低的问题，本发明中的纳米P-P异质结构通过溶剂热法制备。

本发明的一种纳米P-P异质结构，所述异质结构由P型半导体碲纳米线和P型半导体碲化锑纳米片组成。碲纳米线在溶剂热过程中会产生一定量的表面缺陷，相比较晶体碲，表面缺陷具有更高的活性能，因此异质结构以碲纳米线表面缺陷为晶核，碲化锑纳米片垂直生长于碲纳米线表面。

所述异质结构以包含氯化锑、二氧化碲和聚乙烯吡咯烷酮的组分，通过一步溶剂热反应获得。

本发明的一种纳米P-P异质结构的制备方法，包括：

将氯化锑、二氧化碲和聚乙烯吡咯烷酮溶解于溶剂中，加碱调节pH值，得到反应溶液，然后进行溶剂热反应，冷却，洗涤，即得纳米P-P异质结构。

上述制备方法的优选方式如下：

所述溶剂为乙二醇；加碱调节pH为：加氢氧化钠调节pH为13.4～13.8。

所述氯化锑、二氧化碲、聚乙烯吡咯烷酮、溶剂、碱的质量比为1.0:0.5:0.3:40:0.5～1.0:2.0:1.0:70:2.0。

所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为10000-360000。

所述溶剂热反应具体为：反应溶液密封于水热釜中，加热，保温，其中加热温度为140～210℃，保温时间为6～72h。

本发明的一种所述方法制备的纳米P-P异质结构。

本发明提供一种块体热电材料，所述热电材料由所述纳米P-P异质结构通过SPS烧结获得。

本发明提供一种热电纤维，所述热电纤维由所述纳米P-P异质结构与碳纳米材料和/或共轭聚合物混纺获得。

有益效果

(1)本发明的合成方法简单易行，所得的纳米P-P异质结构中的P型半导体分别为碲纳米线和碲化锑纳米片；