一種金屬-硫屬半導體材料、其制備方法和用圖
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種金屬?硫屬半導體材料、其制備方法和用途，該金屬?硫屬半導體材料包括金屬?硫屬半導體晶體，金屬?硫屬半導體晶體的三維尺度至少一個尺度為1?100納米，金屬?硫屬半導體晶體為納米片或納米立方體，納米片具有原子級厚度，納米立方體暴露晶面為{100}晶面。所述金屬?硫屬半導體材料屬于納米半導體晶體材料，粒徑均一，形貌及大小可控，性能好，其制備方法所需的原料物種較少，反應條件溫和，產率高，適于工業(yè)化應用。
【專利說明】
一種金屬-硫屬半導體材料、其制備方法和用途
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于半導體納米材料與新能源技術領域，涉及一種金屬-硫屬半導體材料、其制備方法和用途。
【背景技術】
[0002]金屬-硫屬半導體具有優(yōu)異的能量轉化和存儲功能，并廣泛應用于人類的生產、生活和科學研究中，而金屬-硫屬半導體納米晶體的能力轉化和存儲性能則更為突出。
[0003]近年來，金屬-硫屬半導體納米晶體的制備和應用備受人們的關注，通過簡單、綠色的工藝合成形貌可控、單分散性好、產量高、性能優(yōu)異的金屬-硫屬半導體納米材料一直是人們研究的重點。
[0004]CN 104418311A公開了一種Cu2-xSe納米晶片的制備方法，包括以下制備過程:⑴配制銅前軀體溶液;⑵配制砸前驅體溶液;⑶注入回流，出現(xiàn)Cu2-xSe納米晶片；⑷對Cu2-xSe納米晶片進行洗滌、液體脫離，得到Cu2-xSe納米晶片。但是，該Cu2-xSe納米晶片的尺寸較大，并且沒有公開其厚度。
[0005]CN 104692341A公開了一種砸化亞錫正方形納米片，主要成分是Sn和Se，二者摩爾比例為1:1，納米片由正交晶體結構的SnSe構成，呈規(guī)則的正方形片狀;納米片的邊長約為200-400nm，厚度約為20-30nm。但是該納米片的制備工藝條件苛刻。
[0006]不同尺寸與形貌的硫屬半導體材料的能量轉化與存儲性能存在較大的差異，其相應的納米晶體能量存儲與轉化性往往能更為優(yōu)異。但這類金屬-硫屬半導體納米晶體的制備工藝相對復雜或可控性較差或難以實現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)生產。

【發(fā)明內容】

[0007]針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬-硫屬半導體材料、其制備方法和用途，所述金屬-硫屬半導體材料屬于納米半導體材料，粒徑均一，形貌及大小可控，性能好，其制備方法所需的原料物種較少，反應條件溫和，產率高，適于工業(yè)化應用。
[0008]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0009]本發(fā)明的目的之一在于提供一種金屬-硫屬半導體材料，包括金屬-硫屬半導體晶體，所述金屬-硫屬半導體晶體的三維尺度至少一個尺度為1-100納米，所述金屬-硫屬半導體晶體為納米片或納米立方體，所述納米片具有原子級厚度，所述納米立方體暴露晶面為{100}晶面。
[0010]所述金屬-硫屬半導體晶體的三維尺度至少一個尺度為1-100納米，如2納米、5納米、10納米、20納米、30納米、40納米、50納米、60納米、70納米、80納米或90納米等。
[0011 ] 所述納米片的厚度為1-10納米，如2納米、3納米、4納米、5納米、6納米、7納米、8納米或9納米等。
[0012]優(yōu)選地，所述納米片的大小為50-200納米，如55納米、60納米、65納米、70納米、80納米、100納米、120納米、130納米、15 O納米或180納米等。
[0013]所述納米立方體的大小為10-50納米，如12納米、15納米、20納米、22納米、25納米、30納米、35納米、40納米或45納米等。
[0014]所述金屬-硫屬半導體晶體中的金屬元素為過渡金屬或第三至第五主族金屬中的任意一種或至少兩種的組合。所述第三至第五主族金屬為第三主族金屬、第四主族金屬和第五主族金屬。
[0015]優(yōu)選地，所述金屬-硫屬半導體晶體中的金屬元素為Sn(錫)、Pb(鉛)、Fe(鐵)或Cu(銅)中的任意一種或至少兩種的組合。典型但非限制性的組合如Sn與Pb，F(xiàn)e與Cu，Pb與Fe，Sn、Pb與Fe，Pb、Fe與Cu。
[0016]優(yōu)選地，所述金屬硫屬化合物中的硫屬元素為S(硫)、Se(砸)或Te(碲)中的任意一種或至少兩種的組合。典型但非限制性的組合如S與Se，S與Te，S、Se與Te。
[0017]優(yōu)選地，所述金屬-硫屬半導體晶體為SnSe納米片、PbSe納米立方體或Cu2-xSe納米片，其中X為0-0.2，并且不包括O，如0.05、0.1或0.015等。
[0018]本發(fā)明提供的金屬-硫屬半導體材料由于具有豐富的晶界和表面缺陷，其熱電優(yōu)值和能量轉化效率高。
[0019]本發(fā)明的目的之二在于提供一種如上所述的晶體材料的制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0020](I)將金屬元素前驅物和硫屬元素前驅物溶于具有弱還原性的有機溶劑中，得到前驅物溶液；
[0021 ] (2)將表面活性劑加入前驅物溶液中，加熱進行水熱反應，得到反應產物；
[0022](3)將反應產物進行固液分離，得到固相產物，將固相產物進行后處理即得到所述金屬-硫屬半導體材料。
[0023]步驟(I)所述金屬元素前驅物與硫屬元素前驅物的摩爾比為1:2-5:1，如1: 1、1.5:
1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1或4.5:1等。
[0024]優(yōu)選地，步驟(I)所述金屬元素前驅物中的金屬元素為過渡金屬或第三至第五主族金屬中的任意一種或至少兩種的組合。所述第三至第五主族金屬為第三主族金屬、第四主族金屬和第五主族金屬。典型但非限制性的金屬元素組合為過渡金屬與第三主族金屬，過渡金屬與第五主族金屬，第三主族金屬與第四主族金屬，第三主族金屬、第四主族金屬與第五主族金屬。
[0025]優(yōu)選地，步驟(I)所述金屬元素前驅物中的金屬元素為Sn(錫)、Pb(鉛)、Fe(鐵)或Cu(銅)中的任意一種或至少兩種的組合。典型但非限制性的組合如Sn與Pb，F(xiàn)e與Cu，Pb與Fe，Sn、Pb與Fe，Pb、Fe與Cu。
[0026]優(yōu)選地，步驟(I)所述金屬元素前驅物為二價至四價金屬的化合物，如二價金屬的化合物，三價金屬的化合物或四價金屬的化合物。
[0027]優(yōu)選地，所述二價至四價金屬的化合物為二價金至四價屬的氯化物、二價至四價金屬的溴化物、二價至四價金屬的碘化物或二價至四價金屬的硫酸鹽中的任意一種或至少兩種的組合。典型但非限制性的組合如二價至四價金屬的氯化物與二價至四價金屬的溴化物，二價至四價金屬的碘化物與二價至四價金屬的硫酸鹽，二價至四價金屬的溴化物與二價至四價金屬的碘化物，二價至四價金屬的溴化物、二價至四價金屬的碘化物與二價至四價金屬的硫酸鹽。
[0028]優(yōu)選地，步驟(I)所述金屬元素前驅物為SnCl4(氯化錫)、SnCl2(氯化亞錫)、PbCl2(氯化鉛)、FeCl2(氯化亞鐵)、FeCl3(氯化鐵)或CuCl2(氯化銅)中的任意一種或只至少兩種的組合。典型但非限制性的組合如SnCl4與SnCl2 ,PbCl2與FeCl2 ,FeCl3與CuCl2，SnCl2、PbCl2與 FeCl2，PbCl2、FeCl2 與 01(:12，311(:14、311(:12、？13(:12與卩6(:13。
[0029]優(yōu)選地，步驟(I)所述硫屬元素前驅物中的硫屬元素為S(硫)、Se(砸)或Te(碲)中的任意一種或至少兩種的組合。典型但非限制性的組合如S與Se，S與Te，S、Se與Te。
[0030]優(yōu)選地，步驟(I)所述硫屬元素前驅物為硫屬元素單質粉末和/或負二價的硫屬元素化合物。
[0031]優(yōu)選地，所述硫屬元素粉末為硫粉、砸粉或碲粉中的任意一種或至少兩種的組合。典型但非限制性的組合如硫粉與砸粉，硫粉與碲粉，硫粉、砸粉與碲粉。
[0032]優(yōu)選地，所述負二價的硫屬元素化合物為硫屬元素與鈉和/或鉀的化合物。
[0033]優(yōu)選地，所述負二價的硫屬元素化合物為Na2S(硫化鈉)、Na2Se(砸化鈉)、Na2Te(碲化鈉)、K2S(硫化鉀),K2Se (砸化鉀)SK2Te(硫化鉀)中的任意一種或至少兩種的組合。典型但非限制性的組合如Na2S(硫化鈉)與Na2Se(砸化鈉)，Na2Te(碲化鈉)、K2S(硫化鉀)與K2Se(砸化鉀)，Na2S(硫化鈉)、Na2Se (砸化鈉)與K2Te (硫化鉀)。
[0034]優(yōu)選地，步驟(I)所述具有弱還原性的有機溶劑為胺類化合物、含有多元羥基的醇類、醛類或羧酸中的任意一種或至少兩種的組合。典型但非限制性的組合如胺類化合物與含有多元羥基的醇類，醛類與羧酸，胺類化合物、含有多元羥基的醇類與醛類，含有多元羥基的醇類、醛類與羧酸。
[0035]優(yōu)選地，步驟(I)所述具有弱還原性的有機溶劑為油胺、乙胺、乙二醇或油酸中的任意一種或至少兩種的組合。典型但非限制性的組合如油胺與乙胺，乙二醇與油酸，乙胺、乙二醇與油酸，油胺、乙胺與乙二醇，油胺、乙胺、乙二醇與油酸。
[0036]優(yōu)選地，步驟(I)所述具有弱還原性的有機溶劑與金屬元素前驅物的液固比為(5-100):1，如8:1、10:1、20:1、30:1、50:1、70:1、80:1或90:1等。
[0037]步驟(2)所述表面活性劑為六甲基二硅胺、十六烷基三甲基氯化銨、聚乙烯吡咯烷酮或苯磺酸鈉中的任意一種或至少兩種的組合。典型但非限制性的組合如六甲基二硅胺與十六烷基三甲氯化銨，聚乙烯吡咯烷酮與苯磺酸鈉，十六烷基三甲氯化銨、聚乙烯吡咯烷酮與苯磺酸鈉。
[0038]優(yōu)選地，步驟(2)所述表面活性劑與步驟(I)所述具有弱還原性的有機溶劑的體積比為1: (5-50)，如1:8、1:10、1:15、1:20、1:25、1:30、1:35、1:40或1:45等。
[0039]優(yōu)選地，步驟(2)所述加熱的溫度為80-300°C，如85 °C、100 °C、105 °C、110 °C、120°C、130 °C、150 °C、180 °C、200 °C、220 °C、250 °C 或280 °C 等。
[0040]優(yōu)選地，步驟(2)所述反應在攪拌下進行。
[0041 ]優(yōu)選地，步驟(2)所述反應的時間為1-1211，如211、311、411、511、611、711、811、1011或1111等。
[0042]優(yōu)選地，步驟(2)所述反應在油浴或水浴條件下進行。
[0043 ]步驟(3)所述固液分離的方式為離心分離。
[0044]優(yōu)選地，所述離心分離的轉速為1000-15000印111，如1500印111、2000印111、3000印111、4000rpm、5000rpm、8000rpm、1000rpm、12000rpm、13000rpm或14000rpm等。
[0045]優(yōu)選地，所述離心分離的時間為5_30min，如6min、8min、lOmin、12min、15min、18min、20min、25min 或 28min 等。
[0046]優(yōu)選地，步驟(3)所述后處理為:將固相產物洗滌，并進行固液分離。
[0047]優(yōu)選地，所述洗滌使用的洗滌劑為醇類溶劑和/或酮類溶劑。
[0048]優(yōu)選地，所述醇類溶劑為甲醇和/或乙醇。
[0049]優(yōu)選地，所述酮類溶劑為丙酮。
[0050]優(yōu)選地，所述固液分離的方式為離心分離。
[0051]作為優(yōu)選的技術方案，所述方法包括如下步驟:
[0052](I)將金屬元素前驅物和硫屬元素前驅物溶于具有弱還原性的有機溶劑中，得到前驅物溶液，其中，金屬元素前驅物與硫屬元素前驅物的摩爾比為1:2-1: 5，具有弱還原性的有機溶劑與金屬元素前驅物的液固質量比為(5-100):1;
[0053](2)將表面活性劑加入前驅物溶液中，表面活性劑與具有弱還原性的有機溶劑的體積比為I: (5-50)，混合后加熱至80-300°C，在攪拌條件下進行加熱反應l_12h，得到反應產物；
[0054](3)將反應產物在1000-15000rpm下離心5-30min，去上清液，得到固相產物，將固相產物用醇類和/或酮類溶劑洗滌，離心，得到所述金屬-硫屬半導體材料。
[0055]本發(fā)明提供的制備方法可通過控制制備條件(如反應溫度、反應物濃度等)調控制得的金屬-硫屬半導體晶體的形貌和大小，并且所述制備方法得到的金屬硫屬化合物的產率高。另外，所述制備方法使用的原料種類少，條件溫和，制備周期短，適宜工業(yè)化應用。
[0056]本發(fā)明的目的之三在于提供一種如上所述的金屬硫屬半化合物導體材料的用途，其用于能量轉換(如熱電，光伏等)、能量儲存(鋰電池、鋰離子電池、鈉電池等)或催化(光催化、光電催化)等領域。
[0057]本發(fā)明提供的金屬硫屬半導體材料具有優(yōu)異的熱電優(yōu)值和能量轉化率，其可廣泛應用于領域。
[0058]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0059]本發(fā)明提供的金屬-硫屬半導體材料相對于塊體材料具有豐富的晶界和表面缺陷，從而對不同波段的聲子具有較強的散射，進而降低材料的熱導，因此，所述金屬-硫屬半導體材料具有較高的熱電性能，其熱電優(yōu)值和能量轉化率相對于相應的塊體材料有不同程度的提尚；
[0060]本發(fā)明提供的金屬-硫屬半導體材料屬于納米半導體晶體材料，其單分散性好，形貌、大小可控；
[0061]本發(fā)明提供的金屬-硫屬半導體材料的制備方法，工藝簡單、反應迅速、條件溫和，并且產率高，以金屬元素計算產率可達90%以上，易實現(xiàn)低成本產業(yè)化生產。
【附圖說明】
[0062]圖1是實施例1提供的SnSe超薄納米片的掃描電鏡圖。
[0063]圖2是實施例4提供的PbSe納米立方體的掃描電鏡圖。
[0064]圖3是實施例7提供的Cu2-xSe超薄納米片的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0065]下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術方案，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明實施例原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明實施例的保護范圍。
[0066]實施例1
[0067]一種SnSe超薄納米片，其掃描電鏡圖片如圖1所示，從圖中可以看出，所述SnSe超薄納米片大小為50-200納米，厚度為1-10納米。
[0068]其制備方法包括以下步驟:
[0069](I)在反應容器中加入4g的Se單質粉末、8g的SnCl2粉末和30mL的油胺，混合后，得到前驅物溶液；
[0070](2)在攪拌條件下，向前驅物溶液中加入50mL的六甲基二硅胺(HMDS)，加熱到150°C，攪拌條件下進行水熱反應8個小時，得到反應產物；
[0071 ] (3)將反應產物在1000rpm下離心1min，離心結束后，去上清，沉淀用乙醇與丙酮混合物(任意比例混合)或丙酮洗滌數(shù)次，離心后，得到SnSe超薄納米片(也可重懸與水或其他有機溶劑中)。
[0072]經計算，所述SnSe超薄納米片的產率為92%。
[0073]實施例2
[0074]一種SnSe超薄納米片，所述SnSe超薄納米片大小為50-200納米，厚度為1-10納米。
[0075]其制備方法包括以下步驟:
[0076](I)在反應容器中加入0.0Olg的Se單質粉末、1g的SnCl2粉末和1mL的油胺，混合后，得到前驅物溶液；
[0077](2)在攪拌條件下，向前驅物溶液中加入0.0ImL的六甲基二硅胺(HMDS)，加熱到80°C，攪拌條件下進行水熱反應12個小時，得到反應產物；
[0078](3)將反應產物在15000rpm下離心30min，離心結束后，去上清，沉淀用乙醇與丙酮混合物(任意比例混合)或丙酮洗滌數(shù)次，離心后，得到SnSe超薄納米片(也可重懸與水或其他有機溶劑中)。
[0079]經計算，所述SnSe超薄納米片的產率為92%。
[0080]實施例3
[00811 一種SnSe超薄納米片，所述SnSe超薄納米片大小為50-200納米，厚度為1-10納米。
[0082]其制備方法包括以下步驟:
[0083](I)在反應容器中加入1g的Se單質粉末、0.0Olg的SnCl2粉末和100mL的油胺，混合后，得到前驅物溶液；
[0084](2)在攪拌條件下，向前驅物溶液中加入10mL的六甲基二硅胺(HMDS)，加熱到300°C，攪拌條件下進行水熱反應12個小時，得到反應產物；
[0085](3)將反應產物在100rpm下離心5min，離心結束后，去上清，沉淀用乙醇與丙酮混合物(任意比例混合)或丙酮洗滌數(shù)次，離心后，得到SnSe超薄納米片(也可重懸與水或其他有機溶劑中)。
[0086]經計算，所述SnSe超薄納米片的產率為92%。
[0087]實施例4
[0088]一種PbSe納米顆粒，其掃描電鏡圖像如圖2所示，所述PbSe納米顆粒的形貌為{100}封閉的立方體，其大小為20-50納米。
[0089]其制備方法包括如下步驟:
[0090](I)在反應容器中加入0.5g的Se單質粉末、5g的PbCl2粉末和500mL的油胺，混合后，得到前驅物溶液；
[0091](2)在攪拌條件下，向前驅物溶液中加入80mL的六甲基二硅胺(HMDS)，加熱至200°C，攪拌條件下進行水熱反應8個小時，得到反應產物；
[0092](3)將反應產物在12000rpm下離心15min，離心結束后，去上清，沉淀用乙醇與丙酮混合物(任意比例混合)或丙酮洗滌數(shù)次，離心，得到PbSe納米顆粒(也可重懸與水或其他有機溶劑中)。
[0093]經計算，所述PbSe納米顆粒的產率為95%。
[0094]實施例5
[0095]一種PbSe納米顆粒，所述PbSe納米顆粒的形貌為{100}封閉的立方體，其大小為20-50納米。
[0096]其制備方法包括如下步驟:
[0097](I)在反應容器中加入0.0Olg的Se單質粉末、0.0Olg的PbCl2粉末和1mL的油胺，
混合后，得到前驅物溶液；
[0098](2)在攪拌條件下，向前驅物溶液中加入0.0ImL的六甲基二硅胺(HMDS)，加熱至300°C，攪拌條件下進行水熱反應I個小時，得到反應產物；
[00"] (3)將反應產物在15000rpm下離心30min，離心結束后，去上清，沉淀用乙醇與丙酮混合物(任意比例混合)或丙酮洗滌數(shù)次，離心，得到PbSe納米顆粒(也可重懸與水或其他有機溶劑中)。
[0100]經計算，所述PbSe納米顆粒的產率為95%。
[0101]實施例6
[0102]—種PbSe納米顆粒，所述PbSe納米顆粒的形貌為{100}封閉的立方體，其大小為20-50納米。
[0103]其制備方法包括如下步驟:
[0104](I)在反應容器中加入1g的Se單質粉末、1g的PbCl2粉末和100mL的油胺，混合后，得到前驅物溶液；
[0105](2)在攪拌條件下，向前驅物溶液中加入10mL的六甲基二硅胺(HMDS)，加熱至300°C，攪拌條件下進行水熱反應12個小時，得到反應產物；
[0106](3)將反應產物在100rpm下離心5min，離心結束后，去上清，沉淀用乙醇與丙酮混合物(任意比例混合)或丙酮洗滌數(shù)次，離心，得到PbSe納米顆粒(也可重懸與水或其他有機溶劑中)。
[0107]經計算，所述PbSe納米顆粒的產率為95%。
[0108]實施例7
[0109]—種Cu2-xSe(x的值為0-0.2，不包括O)超薄納米片，其掃描電鏡圖片如圖3所示，從圖中可以看出，納米片的大小為50-200納米，厚度為1-10納米。
[0110]其制備方法包括如下步驟:
[0111](I)在反應容器中加入2g的Se單質粉末、6g的CuCl2粉末和300mL的油胺，混合后，得到前驅物溶液；
[0112](2)在攪拌條件下，向前驅物溶液中加入60mL的六甲基二硅胺(HMDS)，加熱至200°C，攪拌條件下進行水熱反應5個小時，得到反應產物；
[0113](3)將反應產物在9000rpm下離心12min，離心結束后，去上清，沉淀用乙醇與丙酮混合物(任意比例混合)或丙酮洗滌數(shù)次，離心，得到Cu2-xSe超薄納米片(也可重懸與水或其他有機溶劑中)。
[0114]經計算，所述Cu2-xSe超薄納米片的產率為90%。
[0115]實施例8
[0116]一種Cu2-xSe(X的值為0-0.2，不包括O)超薄納米片，納米片的大小為50-200納米，厚度為1-10納米。
[0117]其制備方法包括如下步驟:
[0118](I)在反應容器中加入0.0Olg的Se單質粉末、0.0Olg的CuCl2粉末和1mL的油胺，
混合后，得到前驅物溶液；
[0119](2)在攪拌條件下，向前驅物溶液中加入0.0lmL的六甲基二硅胺(HMDS)，加熱至300°C，攪拌條件下進行水熱反應I個小時，得到反應產物；
[0? 20] (3)將反應產物在15000rpm下離心30min，離心結束后，去上清，沉淀用乙醇與丙酮混合物(任意比例混合)或丙酮洗滌數(shù)次，離心，得到Cu2-xSe超薄納米片(也可重懸與水或其他有機溶劑中)。
[0121 ] 經計算，所述Cu2-xSe超薄納米片的產率為90%。
[0122]實施例9
[0123]一種Cu2-xSe(X的值為0-0.2，不包括O)超薄納米片，納米片的大小為50-200納米，厚度為1-10納米。
[0124]其制備方法包括如下步驟:
[0125](I)在反應容器中加入1g的Se單質粉末、1g的CuCl2粉末和100mL的油胺，混合后，得到前驅物溶液；
[0126](2)在攪拌條件下，向前驅物溶液中加入10mL的六甲基二硅胺(HMDS)，加熱至80°C，攪拌條件下進行水熱反應12個小時，得到反應產物；
[0127](3)將反應產物在100rpm下離心5min，離心結束后，去上清，沉淀用乙醇與丙酮混合物(任意比例混合)或丙酮洗滌數(shù)次，離心，得到Cu2-xSe超薄納米片(也可重懸與水或其他有機溶劑中)。
[0128]經計算，所述CU2-xSe超薄納米片的產率為90%。
[0129]將實施例1-9中的Sn、Pb或Cu替換為其它的過渡金屬元素或第三至第五主族金屬元素，將Se替換為其它的硫屬元素，采用實施例1-9之一所述的方法，同樣可得到本發(fā)明所述的金屬-硫屬半導體材料。
[0130]
【申請人】聲明，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，所屬技術領域的技術人員應該明了，任何屬于本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內。
【主權項】
1.一種金屬-硫屬半導體材料，包括金屬-硫屬半導體晶體，其特征在于，所述金屬-硫屬半導體晶體的三維尺度至少一個尺度為1-100納米，所述金屬-硫屬半導體晶體為納米片或納米立方體，所述納米片具有原子級厚度，所述納米立方體暴露晶面為{100}晶面。2.根據(jù)權利要求1所述的半導體材料，其特征在于，所述納米片的厚度為1-10納米； 優(yōu)選地，所述納米片的大小為50-200納米。3.根據(jù)權利要求1或2所述的半導體材料，其特征在于，所述納米立方體的大小為10-50nmo4.根據(jù)權利要求1-3之一所述的半導體材料，其特征在于，所述金屬-硫屬半導體晶體中的金屬元素為過渡金屬或第三至第五主族金屬中的任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，所述金屬-硫屬半導體晶體中的金屬元素為Sn、Pb、Fe或Cu中的任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，所述金屬硫屬化合物中的硫屬元素為S、Se或Te中的任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，所述金屬-硫屬半導體晶體為SnSe納米片、PbSe納米立方體或Cu2-xSe納米片，其中X為0-0.2，并且不包括O。5.根據(jù)權利要求1-4之一所述的半導體材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: (1)將金屬元素前驅物和硫屬元素前驅物溶于具有弱還原性的有機溶劑中，得到前驅物溶液； (2)將表面活性劑加入前驅物溶液中，加熱進行反應，得到反應產物； (3)將反應產物進行固液分離，得到固相產物，將固相產物進行后處理即得到所述金屬-硫屬半導體材料。6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(I)所述金屬元素前驅物與硫屬元素前驅物的摩爾比為1:2-5:1; 優(yōu)選地，步驟(I)所述金屬元素前驅物中的金屬元素為過渡金屬或第三至第五主族金屬中的任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，步驟(I)所述金屬元素前驅物中的金屬元素為Sn、Pb、Fe或Cu中的任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，步驟(I)所述金屬元素前驅物為二價至四價金屬的化合物； 優(yōu)選地，所述二價至四價金屬的化合物為二價至四價金屬的氯化物、二價至四價金屬的溴化物、二價至四價金屬的碘化物或二價至四價金屬的硫酸鹽中的任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，步驟(I)所述金屬元素前驅物為SnCl4、SnCl2、PbCl2、FeCl2、FeCl3或CuCl2中的任意一種或只至少兩種的組合； 優(yōu)選地，步驟(I)所述硫屬元素前驅物中的硫屬元素為S、Se或Te中的任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，步驟(I)所述硫屬元素前驅物為硫屬元素單質粉末和/或負二價硫屬元素的化合物； 優(yōu)選地，所述硫屬元素粉末為硫粉、砸粉或碲粉中的任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，所述負二價硫屬元素的化合物為硫屬元素與鈉和/或鉀的化合物； 優(yōu)選地，所述負二價硫屬元素的化合物為他23、似236、他2了6、1(23、1(236或1(2了6中的任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，步驟(I)所述具有弱還原性的有機溶劑為胺類化合物、含有多元羥基的醇類、醛類或羧酸中的任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，步驟(I)所述具有弱還原性的有機溶劑為油胺、乙胺、乙二醇或油酸中的任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，步驟(I)所述具有弱還原性的有機溶劑與金屬元素前驅物的液固質量比為(5-100):lo7.根據(jù)權利要求5或6所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述表面活性劑為六甲基二硅胺、十六烷基三甲基氯化銨、聚乙烯吡咯烷酮或苯磺酸鈉中的任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，步驟(2)所述表面活性劑與步驟(I)所述具有弱還原性的有機溶劑的體積比為1:(5-50); 優(yōu)選地，步驟(2)所述加熱的溫度為80-300 0C ； 優(yōu)選地，步驟(2)所述反應在攪拌下進行； 優(yōu)選地，步驟(2)所述反應的時間為1-12h; 優(yōu)選地，步驟(2)所述反應在油浴或水浴條件下進行。8.根據(jù)權利要求5-7之一所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述固液分離的方式為離心分離； 優(yōu)選地，所述離心分離的轉速為1000-15000rpm; 優(yōu)選地，所述離心分離的時間為5-30min ； 優(yōu)選地，步驟(3)所述后處理為:將固相產物洗滌，并進行固液分離； 優(yōu)選地，所述洗滌使用的洗滌劑為醇類溶劑和/或酮類溶劑； 優(yōu)選地，所述醇類溶劑為甲醇和/或乙醇； 優(yōu)選地，所述酮類溶劑為丙酮； 優(yōu)選地，所述固液分離的方式為離心分離。9.根據(jù)權利要求5-8之一所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: (1)將金屬元素前驅物和硫屬元素前驅物溶于具有弱還原性的有機溶劑中，得到前驅物溶液，其中，金屬元素前驅物與硫屬元素前驅物的摩爾比為1: 2-5:1，具有弱還原性的有機溶劑與金屬元素前驅物的液固質量比為(5-100):1; (2)將表面活性劑加入前驅物溶液中，表面活性劑與具有弱還原性的有機溶劑的體積比為I: (5-50)，混合后加熱至80-300°C，在攪拌條件下進行水熱反應l_12h，得到反應產物； (3)將反應產物在1000-15000rpm下離心5-30min，去上清液，得到固相產物，將固相產物用醇類和/或酮類溶劑洗滌，離心，得到所述金屬-硫屬半導體材料。10.根據(jù)權利要求1-4之一所述的金屬-硫屬半導體材料的用途，其用于能量轉換、能量儲存或催化領域。
【文檔編號】C01B19/04GK105923612SQ201610250033
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】何佳清, 謝曉濱, 林京洋, 馮丹
【申請人】南方科技大學