微波法制备BISUB2/SUBTESUB3/SUB纳米晶的方法.pdf

一种制备Bi2Te3纳米晶的方法，将A mmol Bi(NO3) 3a5H2O及(0.45－3)AgKOH溶于(6～60)A毫升醇溶剂中，再加入1.5Ammol碲粉，在微波的作用下，在带有回流装置的反应器中反应0.5～16小时，将产物离心分离，沉淀用蒸馏水和乙醇依次洗涤，将所得的沉淀物置于真空和室温下干燥，得到黑色粉末，即得Bi2Te3纳米晶。所得的Bi2Te3纳米晶是直径为20～50nm，长度为200～400nm的Bi2Te3单晶纳米棒及边长为90～150nm的Bi2Te3单晶六方纳米片的混合物。本发明的制备Bi2Te3纳米晶的方法原料简单易得、条件温和、耗时短、简便易行。

1.  一种制备Bi₂Te₃纳米晶的方法，其特征是：将A mmol Bi(NO₃)₃a5H₂O及(0.45-3)Ag KOH溶于(6～60)A毫升醇溶剂中，再加入1.5Ammol碲粉，在微波的作用下，在带有回流装置的反应器中反应0.5～16小时，将产物离心分离，沉淀用蒸馏水和乙醇依次洗涤，将所得的沉淀物置于真空和室温下干燥，得到黑色粉末，即为Bi₂Te₃纳米晶。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的醇溶剂是乙醇或丙三醇与水的混合物，其中水的体积分数为0-50％。

3.  根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的微波是频率为2.45GHz的微波。

微波法制备Bi₂Te₃纳米晶的方法
一、技术领域
本发明涉及碲化铋纳米晶的制法。具体地说，是用微波辅助的多羟基法制备Bi₂Te₃纳米晶。
二、背景技术
V-VI族(尤其是V₂VI₃型)硫属化合物是一类重要的半导体材料，被广泛地应用于热电器件、电子和光电子器件、红外探测等领域。这类物质中，Bi-Te基材料，尤其是Bi₂Te₃，是目前已知的在室温区性能最好的热电材料[参见：(a)A.Boyer，E.Cisse，Mater.Sci.Engine.B，1992，113，103.(b)F.J.DiSalvo，Science，1999，285，703.]，但其制冷效率仍不足以取代目前仍被广泛使用的压缩机。然而近来的理论[参见：(a)L.D.Hicks，M.S Dresselhaus，Phys.Rev.B 1993，47，12727.(b)L.D.Hicks，M.SDresselhaus，Phys.Rev.B 1993，47，16631.]和实验[参见：S.H.Yu，M.Yoshimura，Adv.Mater.，2002，14，296.]的结果都表明：纳米结构的热电材料由于量子效应将导致其性能的大幅度提高。因此，纳米结构的热电材料的制备成为近来的一个研究热点。
金属硫属化合物通常是用熔融法制备：将适量的纯的元素单质混合后封于真空石英管中，于高温(通常500-600℃)下熔融反应。其他的合成方法多数由于涉及昂贵复杂的金属有机前驱体[参见：(a)C.B.Murray，D.J.Norris and M.G.Bawendi，J.Am.Chem.Soc.，1993，115，8706.(b)C.Jones，Chem.Soc.Rev，1997，101.(c)K.Vernam，T.B.Rauchfuss and S.R.Wilson，Inorg.Chem.，1995，34，3072.]及/或有毒的H₂S，H₂Se，H₂Te气体[参见：L.C.Roof and J.W.Kolis，Chem.Rev.，1993，93，1037.]而受到限制。最近，一些较简便的方法也被用于制备Bi-Te基材料，如：化学合金法[参见：M.Toprak，Y.Zhang and M.Muhammed，Mater.Lett.，2003，57，3976-3982小机械合金法[参见：S.Hu，X.Zhao and T.Zhu，Rare MetalMater.Engine.，2002，31(4)，287-290.]、溶剂热还原[参见：(a)Y.Deng，C.Nan，G.Wei，L.Guo and Y.Lin，Chem.Phys.Lett.，2003，374(3-4)，410-415.(b)C.Wang，K.Tang，Q.Yang，J.Hu and Y.Qian，J.Mater.Chem.，2002，12(8)，2426-2429.(c)S.Yu，J.Yang，Y.Wu，Z.Han，J.Lu，Y.Xie and Y.Qian，J.Mater.Chem.，1998，8(9)，1949-1951.]、及电沉积法[参见：(a)M.M.Gonzalez，G.Snyder，A.Prieto，R.Gronsky，T.Sands and A.Stacy，Nano Lett.，2003，3(7)，973-977.(b)M.M.Gonzalez，A.Prieto，M.Knox，R.Gronsky，T.Sands and A.Stacy，Chem.Mater.，2003，15(8)，1676-1681.(c)M.Sander，A.Prieto，R.Gronsky，T.Sands and A.Stacy，Adv.Mater.，2002，14(9)，665-667.]等。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种的制备Bi₂Te₃纳米晶的方法。
本发明的技术方案如下：
一种制备Bi₂Te₃纳米晶的方法，它是将A mmol Bi(NO₃)₃a5H₂O及(0.45-3)Ag KOH溶于(6～60)A毫升醇溶剂中，再加入1.5Ammol碲粉，在微波的作用下，在带有回流装置的反应器中反应0.5～16小时，将产物离心分离，沉淀用蒸馏水和乙醇依次洗涤，将所得的沉淀物置于真空和室温下干燥，得到黑色粉末，即得Bi₂Te₃纳米晶。
上述的方法中，所述的醇溶剂是乙二醇或丙三醇与水的混合物，其中水的体积分数为0-50％。
上述的方法中，所述的微波是频率为2.45GHz的微波。
本发明的Bi₂Te₃纳米晶经XRD测定，结果表明它为纯的六方相的Bi₂Te₃。峰的位置与强度都与文献值相匹配[参见：Joint Committee on Powder DiffractionStandards(JCPDS)，File No 15-0863.]没有发现杂相峰，表明产品的纯度比较高。通过TEM照片，观察到本发明的Bi₂Te₃纳米晶是直径为20～50nm长度为200～400nm的Bi₂Te₃单晶纳米棒及边长为90～150nm的Bi₂Te₃单晶六方纳米片的混合物。
本发明的制备Bi₂Te₃纳米晶的方法原料简单易得、条件温和、耗时短、简便易行，所得的纳米晶为纯的六方相的Bi₂Te₃纳米晶。纳米晶是直径为20～50nm，长度为200～400nm的Bi₂Te₃单晶纳米棒及边长为90～150nm的Bi₂Te₃单晶六方纳米片的混合物。
四、附图说明
图1为本发明的Bi₂Te₃纳米晶的XRD图；
图2为本发明的Bi₂Te₃纳米晶的TEM照片和相应的选区电子衍射(SAED)图样。
五、具体实施方式
实施例1.Bi₂Te₃纳米晶的制备
在100mL的圆底烧瓶中加入2mmol Bi(NO₃)₃a5H₂O，2g KOH，及30毫升溶剂(丙三醇与水的混合物，醇与水的体积比为7/1)，配成无色透明的溶液，再加入3mmol碲粉，将此体系置于带有回流装置的微波炉中(工作频率2.45GHz；功率调为365W)反应1小时。反应结束后，有大量黑色粉状沉淀生成。将产物离心分离，依次用蒸馏水和乙醇洗涤几次，并将所得的沉淀物置于室温下抽真空干燥，得到黑色粉末Bi₂Te₃，0.74克，产率92％。粉末XRD结果(见附图1)表明该产品为纯的六方相的Bi₂Te₃。峰的位置与强度都与文献值相匹配[参见：JointCommittee on Powder Diffraction Standards(JCPDS)，File No 15-0863.]。没有发现杂相峰，表明产品的纯度比较高。通过TEM照片(见附图2)观察到如此制备的Bi₂Te₃纳米晶是直径为20～50nm，长度为200～400nm地Bi₂Te₃单晶纳米棒及边长为90～150nm的Bi₂Te₃单晶六方纳米片的混合物，而且由选区电子衍射图样可进一步证实这些纳米晶为六方相的Bi₂Te₃单晶。
实施例2.Bi₂Te₃纳米晶的制备
将KOH的量改为0.9g，溶剂为丙三醇与水的混合物，醇与水的体积比为4/1，反应时间为6h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi₂Te₃，0.73克。产率91％。
实施例3.Bi₂Te₃纳米晶的制备
将KOH的量改为0.9g，溶剂为丙三醇与水的混合物，醇与水的体积比为7/1，反应时间为3h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi₂Te₃，0.74克。产率92％。
实施例4.Bi₂Te₃纳米晶的制备
将KOH的量改为2g，溶剂改为乙二醇，反应时间为6h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi₂Te₃，0.75克。产率94％。
实施例5.Bi₂Te₃纳米晶的制备
将KOH的量改为4g，溶剂改为乙二醇，反应时间为5h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi₂Te₃，0.76克。产率95％。
实施例6.Bi₂Te₃纳米晶的制备
将Bi(NO₃)₃a5H₂O的量改为0.5mmol，KOH的量改为0.5g，碲粉的量改为0.75mmol，溶剂改为丙三醇，30mL，反应时间为0.5h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi₂Te₃，0.18克，产率90％。
实施例7.Bi₂Te₃纳米晶的制备
将Bi(NO₃)₃a5H₂O的量改为5mmol，KOH的量改为10g，碲粉的量改为7.5mmol，溶剂为丙三醇与水的混合物，醇与水的体积比为1/1，30mL，反应时间为10h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi₂Te₃，1.93克，产率96％。
实施例8.Bi₂Te₃纳米晶的制备
将Bi(NO₃)₃a5H₂O的量改为3mmol，KOH的量改为7g，碲粉的量改为4.5mmol，溶剂为乙二醇与水的混合物，醇与水的体积比为4/1，30mL，反应时间为12h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi₂Te₃，1.12g，产率93％。
实施例9.Bi₂Te₃纳米晶的制备
Bi(NO₃)₃a5H₂O的量为2mmol，将KOH的量改为6g，溶剂为乙二醇与水的混合物，醇与水的体积比为1/1，30mL，反应时间为16h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi₂Te₃，0.75g，产率94％。