專利名稱：納米片狀Bi₂Se₃熱電化合物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源材料領(lǐng)域，具體涉及一種Bi^e3熱電化合物的制備方法。
背景技術(shù)：
熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)是利用半導(dǎo)體熱電材料的Seebeck效應(yīng)將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的 技術(shù)。由于其不含其它發(fā)電技術(shù)所需要的龐大傳動機(jī)構(gòu)，具有體積小、壽命長、可靠性高、制 造工藝簡單、制造及運(yùn)行成本低、應(yīng)用面廣等特點而受到科學(xué)工作者的重視，在諸多領(lǐng)域有 著廣闊的發(fā)展前景。 Bi2Se3化合物是研究較早的一種n型熱電材料，室溫下具有較高的電導(dǎo)率，使該材 料具有較高的ZT值，在室溫附近具有很好的應(yīng)用前景。但是由于該材料Seebeck系數(shù)較低， 熱導(dǎo)率較高，因此我們需要采取新的方法提高Seebeck系數(shù)，降低熱導(dǎo)率來改善其熱電性 能。結(jié)構(gòu)低維化，會引起量子限域效應(yīng)，提高Seebeck系數(shù)，降低熱導(dǎo)率。對于六方層狀結(jié)構(gòu) 的Bi^e3熱電化合物，制備高度取向性的片狀結(jié)構(gòu)，也有利于提高其熱電性能。目前，對于 Bi2Se3多晶化合物的制備方法有固相反應(yīng)法(Solid state reaction, SSR)、熔融法(Melt reaction, MR)、溶劑熱法(Solvothermal method, SM)、電化學(xué)沉積法(Electrochemical d印ositionmethod， EDM)等，但是上述方法需要高溫高壓，或者反應(yīng)周期較長，工藝過程較 為復(fù)雜，能源消耗較大，并且不同的制備方法得到的Bi^e3多晶材料的形貌各不相同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種納米片狀Bi2Se3熱電化合物的制備方法，該方法具有 成本低、反應(yīng)時間短、工藝簡單的特點。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是納米片狀Bi^e3熱電化合物的制備方 法，其特征在于它包括如下的步驟 1)以pH = 10的NH3 H20-NH4C1緩沖溶液作為溶劑，以Bi (N03) 3 5H20作為鉍源， 以C^HM^NaA *2H20為絡(luò)合劑，按NH3 *H20-NH4C1緩沖溶液Bi (N03) 3 *5H20 : C^Hm^N^Os 2H20 = 1L : 0. 02mol : 0. 02mol進(jìn)行配料，混合，并磁力攪拌30min (室溫下)，得到混合 溶液A(混合溶液A中形成Bi3+，金屬離子濃度0. 02mol/L， C1QH14N2Na208 2H20摩爾濃度為 0.02mol/L); 2)以合成的硒代硫酸鈉作為硒源，在混合溶液A中按化學(xué)式Bi2Se3的化學(xué)計量比
加入硒代硫酸鈉，攪拌均勻(室溫下，攪拌時間為5min)，得到混合溶液B ; 3)混合溶液B在氬氣保護(hù)氣氛下，45t: 85t:磁力攪拌，充分反應(yīng)2 8h ;得產(chǎn)
物C;4)將步驟3)中得到的產(chǎn)物C進(jìn)行離心(時間為3min，轉(zhuǎn)速為8000rpm)，離心得到 的沉淀進(jìn)行冷凍干燥(溫度為_85°C，時間為10h)，得到納米片狀Bi2Se3熱電化合物。
本發(fā)明獲得的納米片狀Bi2Se3熱電化合物可以應(yīng)用于制備Bi2Se3塊體熱電材料。
本發(fā)明的有益效果是采用一步濕化學(xué)反應(yīng)制得單相納米結(jié)構(gòu)的Bi2Se3，產(chǎn)物形狀規(guī)則，分布均勻。本發(fā)明原材料易得、無需還原劑(節(jié)約成本)、設(shè)備簡單、工藝簡單、方法 易控、反應(yīng)時間短(反應(yīng)周期短)、能耗低、安全無污染。重復(fù)性好，且可用于大規(guī)模制備納 米片狀Bi^e3熱電化合物。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。 圖2是本發(fā)明實施例1制備的納米片狀Bi2Se3熱電化合物的XRD圖譜。 圖3是本發(fā)明實施例1制備的納米片狀Bi^e3熱電化合物的SEM形貌圖。 圖4是本發(fā)明實施例2制備的納米片狀Bi2Se3熱電化合物的XRD圖譜。 圖5是本發(fā)明實施例2制備的納米片狀Bi^e3熱電化合物的SEM形貌圖。 圖6是本發(fā)明實施例3制備的納米片狀Bi2Se3熱電化合物的XRD圖譜。 圖7是本發(fā)明實施例3制備的納米片狀Bi^e3熱電化合物的SEM形貌圖。
具體實施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)
容不僅僅局限于下面的實施例。
實施例1 : 如圖l所示，納米片狀Bi^e3熱電化合物的制備方法(一步濕化學(xué)反應(yīng)制備)，它 包括如下的步驟 1)以pH = 10的NH3 H20_NH4C1緩沖溶液作為溶劑，以Bi (N03) 3 5H20作為鉍源， 以C^M^NaA '2H20為絡(luò)合齊U，按NH3 *H20_NH4C1緩沖溶液:Bi (N03)3 *5H20 : C10H14N2Na208 2H20=1L : 0.02mol : 0. 02mol進(jìn)行配料，混合，并磁力攪拌30min，得到混合溶液A (混合 溶液A中形成Bi3+，金屬離子濃度0. 02mol/L， C10H14N2Na208 2H20摩爾濃度為0. 02mol/L);
2)以合成的硒代硫酸鈉作為硒源，在混合溶液A中按化學(xué)式Bi^^的化學(xué) 計量比加入硒代硫酸鈉(即按Bi (N03) 3 5H20中的Bi3+ :硒代硫酸鈉中的Se2+ = 0. 02mol : 0. 03mol進(jìn)行配料)，攪拌均勻(室溫下，攪拌時間為5min)，得到混合溶液B ;
3)混合溶液B在氬氣保護(hù)氣氛下，55t:磁力攪拌，充分反應(yīng)2h滯產(chǎn)物C ;
4)將步驟3)中得到的產(chǎn)物C進(jìn)行離心(時間為3min，轉(zhuǎn)速為8000rpm)，離心得到 的沉淀進(jìn)行冷凍干燥(溫度為-85t:，時間為10h)，得到納米片狀Bi^e3熱電化合物(最終 產(chǎn)物)。 圖2說明所得到產(chǎn)物體為單相Bi2Se3熱電化合物；圖3說明所得產(chǎn)物為形狀規(guī)則 的Bi^e3納米片，且分布均勻。
實施例2 : 如圖l所示，納米片狀Bi^e3熱電化合物的制備方法(一步濕化學(xué)反應(yīng)制備)，它 包括如下的步驟 1)以pH = 10的NH3 H20_NH4C1緩沖溶液作為溶劑，以Bi (N03) 3 5H20作為鉍源， 以C^M^NaA '2H20為絡(luò)合齊U，按NH3 *H20_NH4C1緩沖溶液:Bi (N03)3 *5H20 : C10H14N2Na208 2H20=1L : 0.02mol : 0. 02mol進(jìn)行配料，混合，并磁力攪拌30min，得到混合溶液A (混合 溶液A中形成Bi3+，金屬離子濃度0. 02mol/L， C10H14N2Na208 2H20摩爾濃度為0. 02mol/L);
4
2)以合成的硒代硫酸鈉作為硒源，在混合溶液A中按化學(xué)式Bi^^的化 學(xué)計量比加入硒代硫酸鈉(即按81(冊3)3*51120中的813+ :硒代硫酸鈉中的Se2+二 0. 02mol : 0. 03mol進(jìn)行配料)，攪拌均勻(室溫下，攪拌時間為5min)，得到混合溶液B ;
3)混合溶液B在氬氣保護(hù)氣氛下，65t:磁力攪拌，充分反應(yīng)6h滯產(chǎn)物C ;
4)將步驟3)中得到的產(chǎn)物C進(jìn)行離心(時間為3min，轉(zhuǎn)速為8000rpm)，離心得到 的沉淀進(jìn)行冷凍干燥(溫度為-85t:，時間為10h)，得到納米片狀Bi^e3熱電化合物(最終 產(chǎn)物)。 圖4說明所得到的最終產(chǎn)物為單相Bi2Se3熱電化合物，圖5說明所得的產(chǎn)物為形 狀規(guī)整的納米片，且納米片的厚度小于20nm，邊長在100-200nm之間。
實施例3 : 如圖l所示，納米片狀Bi^e3熱電化合物的制備方法(一步濕化學(xué)反應(yīng)制備)，它 包括如下的步驟 1)以pH = 10的NH3 H20_NH4C1緩沖溶液作為溶劑，以Bi (N03) 3 5H20作為鉍源， 以C^M^NaA '2H20為絡(luò)合齊U，按NH3 *H20_NH4C1緩沖溶液:Bi (N03)3 *5H20 : C10H14N2Na208 2H20=1L : 0.02mol : 0. 02mol進(jìn)行配料，混合，并磁力攪拌30min，得到混合溶液A (混合 溶液A中形成Bi3+，金屬離子濃度0. 02mol/L， C10H14N2Na208 2H20摩爾濃度為0. 02mol/L);
2)以合成的硒代硫酸鈉作為硒源，在混合溶液A中按化學(xué)式Bi^^的化 學(xué)計量比加入硒代硫酸鈉(即按81(冊3)3*51120中的813+ :硒代硫酸鈉中的Se2+二 0. 02mol : 0. 03mol進(jìn)行配料)，攪拌均勻(室溫下，攪拌時間為5min)，得到混合溶液B ;
3)混合溶液B在氬氣保護(hù)氣氛下，85t:磁力攪拌，充分反應(yīng)8h滯產(chǎn)物C ;
4)將步驟3)中得到的產(chǎn)物C進(jìn)行離心(時間為3min，轉(zhuǎn)速為8000rpm)，離心得到 的沉淀進(jìn)行冷凍干燥(溫度為-85t:，時間為10h)，得到納米片狀Bi^e3熱電化合物(最終 產(chǎn)物)。 圖6說明所得到的最終產(chǎn)物為單相Bi2Se3熱電化合物，圖7說明所得的產(chǎn)物為形 狀規(guī)整的納米片，且納米片的厚度在20-25nm之間，邊長在200nm左右。
本發(fā)明的各工藝參數(shù)(如溫度、時間)的上下限取值、區(qū)間值都能實現(xiàn)本發(fā)明，在 此不一一列舉實施例。
權(quán)利要求
納米片狀Bi2Se3熱電化合物的制備方法，其特征在于它包括如下的步驟1)以pH＝10的NH3·H2O-NH4Cl緩沖溶液作為溶劑，以Bi(NO3)3·5H2O作為鉍源，以C10H14N2Na2O8·2H2O為絡(luò)合劑，按NH3·H2O-NH4Cl緩沖溶液∶Bi(NO3)3·5H2O∶C10H14N2Na2O8·2H2O＝1L∶0.02mol∶0.02mol進(jìn)行配料，混合，并磁力攪拌30min，得到混合溶液A；2)以合成的硒代硫酸鈉作為硒源，在混合溶液A中按化學(xué)式Bi2Se3的化學(xué)計量比加入硒代硫酸鈉，攪拌均勻得到混合溶液B；3)混合溶液B在氬氣保護(hù)氣氛下，45℃～85℃磁力攪拌，充分反應(yīng)2～8h；得產(chǎn)物C；4)將步驟3)中得到的產(chǎn)物C進(jìn)行離心，離心得到的沉淀進(jìn)行冷凍干燥，得到納米片狀Bi2Se3熱電化合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米片狀Bi^e3熱電化合物的制備方法，其特征在于離心 的時間為3min，轉(zhuǎn)速為8000rpm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米片狀Bi2Se3熱電化合物的制備方法，其特征在于冷凍 干燥的溫度為-85t:，時間為10h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Bi2Se3熱電化合物的制備方法。納米片狀Bi2Se3熱電化合物的制備方法，其特征在于它包括如下的步驟1)按NH3·H2O-NH4Cl緩沖溶液∶Bi(NO3)3·5H2O∶C10H14N2Na2O8·2H2O＝1 L∶0.02mol∶0.02mol進(jìn)行配料，混合，并磁力攪拌30min，得到混合溶液A；2)在混合溶液A中按化學(xué)式Bi2Se3的化學(xué)計量比加入硒代硫酸鈉，攪拌均勻得到混合溶液B；3)混合溶液B在氬氣保護(hù)氣氛下，攪拌，得產(chǎn)物C；4)將步驟3)中得到的產(chǎn)物C進(jìn)行離心，離心得到的沉淀進(jìn)行冷凍干燥，得到納米片狀Bi2Se3熱電化合物。本方法原材料易得，無需還原劑，節(jié)約成本，反應(yīng)時間短，能耗低，重復(fù)性好，設(shè)備簡單，工藝簡單，安全無污染，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號C01B19/00GK101746738SQ200910272329
公開日2010年6月23日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者唐新峰, 張文浩, 王娟, 蘇賢禮 申請人:武漢理工大學(xué)