專利名稱：一種α-In₂Se₃納米花球溶劑熱合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境友好型納米材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及納米材料的制備方法，尤其是涉及一種a-In2Se3納米花球溶劑熱合成方法。
背景技術(shù)：
硒化物金屬半導(dǎo)體納米材料由于其獨(dú)特的物理性能和化學(xué)性能，同時(shí)可以廣泛應(yīng)用于能量、醫(yī)藥、傳感器等重要的領(lǐng)域而引起了越來(lái)越多人的重視。在眾多的硒化物中，硒化銦作為重要的III-VI主族化合物，是由Se-In-In-Se鍵組成的層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間強(qiáng)烈的共價(jià)鍵和微弱的范德華力使得其具有高度的各向異性、電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)、催化和氣敏等性能，從而使硒化銦在相轉(zhuǎn)換器、偏振輻射、光電太陽(yáng)能電池、鋰電池、熒光裝置、電介質(zhì)、 場(chǎng)效應(yīng)晶體管等裝置上有了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，硒化銦還可以作為結(jié)構(gòu)單元制備不同的三元物質(zhì)如CuInSe2, AgInSe2和四元物質(zhì)Cu (In, Ga) Se2,而這些物質(zhì)也是很好的光電材料被廣泛應(yīng)用于光電材料裝置上。另外，硒化銦是一種直接能帶隙為I. 7eV的光電材料，由于光電子的各向異性，在可見(jiàn)光波范圍內(nèi)有很高的吸收系數(shù)，能有效的將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，是一種優(yōu)異的光伏能源材料。同時(shí)，與硒化鎘和硒化鉛等良好的光電材料相比，硒化銦在低能帶隙納米材料中還具有低毒性和環(huán)境友好性。盡管對(duì)于硒化銦的研究從未停歇過(guò)，但是要合成單一、純相的硒化銦并非易事。在合成過(guò)程中，硒化銦所遇到的困難主要來(lái)自于硒化銦相圖的局限性。硒化銦有InSe，In2Se3, In4Se3和In6Se7四種復(fù)雜的組合形式，這幾種不同的組成成分在某一范圍之內(nèi)往往同時(shí)存在于硒化銦中。另外單單In2Se3這種組成形式，其成相系統(tǒng)就特別復(fù)雜，例如，1112563有α，β, Y, δ和κ五種晶型，而晶型與晶型之間很容易相互進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以要想得到單一組成并且單一晶型的In2Se3，顯得尤其困難。目前為止，有關(guān)合成In2Se3的方法陸續(xù)報(bào)道出來(lái)，但是大部分的合成方法則局限于氣相合成方法、有機(jī)化學(xué)蒸汽分解法以及電化學(xué)沉積法等傳統(tǒng)的方法。而且上述合成方法需要高端精密的儀器，反應(yīng)溫度在40(Ti00(rc，能耗大，并且會(huì)產(chǎn)生毒性氣體，對(duì)人體和環(huán)境造成一定的危害，并且這些方法得到的樣品還具有不均一和低產(chǎn)量等特點(diǎn)。因此尋找一個(gè)簡(jiǎn)單、低廉、綠色、可控的方法，合成硒化銦納米結(jié)構(gòu)是很有必要并且富有挑戰(zhàn)性的。水熱法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、原料容易獲得、得到的產(chǎn)物純度高、均勻性好、化學(xué)組成控制準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)而受到許多研究學(xué)者的青睞。水熱法是在特制的密閉反應(yīng)器(高壓釜)中，以水或有機(jī)溶劑等流體為反應(yīng)物質(zhì)，通過(guò)將反應(yīng)體系加熱至臨界溫度(或者是接近臨界溫度)，創(chuàng)造出一個(gè)高溫高壓反應(yīng)環(huán)境，促使反應(yīng)在液相或氣相中進(jìn)行，使原本難溶或不溶的物質(zhì)溶劑并重結(jié)晶，再經(jīng)過(guò)分離和熱處理得到產(chǎn)物的一種有效方法。水熱法具有以下優(yōu)點(diǎn)
(I)采用中溫(一般在12(T220°C之間)液相控制，能耗相對(duì)較低，適用性廣，既可用于尺寸較小的納米粒子制備，也可以得到尺寸較大的單晶；(2)原料相對(duì)廉價(jià)易得，反應(yīng)在液相快速對(duì)流中進(jìn)行，產(chǎn)率高、物相均勻、純度高、結(jié)晶良好，而且形狀大小可控；(3)在水熱過(guò)程中，可通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度、壓力、時(shí)間、PH值、前驅(qū)物和表面活性劑等，達(dá)到有效控制反應(yīng)和晶體生長(zhǎng)特性的目的；(4)反應(yīng)在密封的容器中進(jìn)行，適用于有毒體系中的合成反應(yīng)，可減少環(huán)境污染。但是利用水熱法制備硒化銦卻鮮有報(bào)道，只有2011年，楊等人用乙醇作為溶劑在220°C下水熱合成出了 Y-In2Se3的微球，這種球的直徑在2-4微米。由于物質(zhì)的尺寸對(duì)于性質(zhì)有很大的影響，所以合成小尺寸的硒化銦是很有必要的。另外，截止目前，還沒(méi)有對(duì)于形貌可控的Ci-In2Se3溶劑熱合成的報(bào)道。因此，應(yīng)用溶劑熱合成方法，合成單一成分、形貌可控的a-In2Se3勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，本發(fā)明提供了一種Ci-In2Se3納米花球的溶劑熱合成方法，是以油酸為溶劑，抗壞血酸為還原劑，將硝酸銦、硒粉在反應(yīng)釜中溶劑熱合成反應(yīng)，然后用無(wú)水乙醇洗滌，并離心分離干燥后制得。從生長(zhǎng)機(jī)理上推斷，該方法能適用于其他硒金屬化合物納米材料的制備?！?br> —種a-In2Se3納米花球溶劑熱合成方法,所述的溶劑熱合成反應(yīng)包括如下步驟 步驟Α、稱取一定量的硝酸銦、硒粉、抗壞血酸于反應(yīng)釜中混合，其中，所述的硝酸銦、
硒粉、抗壞血酸的摩爾比為3:1:廣2 ;
步驟B、加入油酸攪拌30min，其中所述油酸的體積占反應(yīng)釜的60°/Γ80% ；
步驟C、將反應(yīng)釜于190°C 220°C下反應(yīng)12tT24h，然后冷卻至室溫。在本發(fā)明的一個(gè)較優(yōu)實(shí)施例中，所述的硝酸銦、硒粉、抗壞血酸的摩爾比為3:1:1 ；
所述油酸的體積占反應(yīng)釜的80% ；
所述的反應(yīng)釜于200°C下反應(yīng)24h。將所得到的產(chǎn)物在室溫條件下用無(wú)水乙醇洗滌，并離心分離取其下層沉淀，真空干燥后得到黑色的粉末。根據(jù)上述溶劑熱合成方法制備而成的a -In2Se3納米花球，從對(duì)其低倍掃描電鏡圖(SEM)、高倍掃描電鏡圖(SEM)以及透射電鏡圖(TEM)的分析，所述的a -In2Se3納米花球直徑在f 2微米，是由厚度為13 15nm的納米片所組成的。有益效果
本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單、成本低廉、可控性強(qiáng)、產(chǎn)物結(jié)晶性好、綠色環(huán)保。


圖I制備的花球狀硒化銦的X射線衍射分析圖(XRD );
圖2制備的花球狀硒化銦的低倍掃描電鏡圖(SEM)；
圖3制備的花球狀硒化銦的高倍掃描電鏡圖(SEM)；
圖4制備的花球狀硒化銦透射電鏡圖(TEM)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。
實(shí)施例I :
一種合成ct-In2Se3納米花球的溶劑熱法,具體步驟如下
(1)用電子天平分別稱取O.2292g硝酸銦，O. 0158g硒粉，O. 0352g抗壞血酸，30ml油酸于50ml反應(yīng)釜中，磁子進(jìn)行攪拌30分鐘；
(2)將反應(yīng)釜密封放入200°C烘箱中恒溫24小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，用無(wú)水乙醇洗滌8遍，于60°C真空烘箱中干燥得到黑色花球狀硒化銦。圖I是制備的花球狀硒化銦的XRD圖，從圖中可以看出所得到物質(zhì)的峰型和粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會(huì)(JCPDS)卡片34-1313相吻合，而且此峰中沒(méi)有其他雜質(zhì)的峰，說(shuō)明得到的是純相的a-In2Se315
圖2是制備的花球狀硒化銦的低倍SEM圖，從圖中可以看出，花球分散性比較好，而且表面比較粗糙，直徑大約在1-2微米。圖3是制備的花球狀硒化銦的高倍SEM圖，從圖中可以看出，花球是由厚度為15納米左右的納米片所組成的。圖4是制備的花球狀硒化銦TEM圖，更進(jìn)一步說(shuō)明了花球是由片所組成的。實(shí)施例2
一種合成ct-In2Se3納米花球的溶劑熱法,具體步驟如下
(1)用電子天平分別稱取O.2292g硝酸銦，O. 0158g硒粉，O. 0704g抗壞血酸，30ml油酸于50ml反應(yīng)釜中，磁子進(jìn)行攪拌30分鐘；
(2)將反應(yīng)釜密封放入200°C烘箱中恒溫24小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，用無(wú)水乙醇洗滌8遍，于60°C真空烘箱中干燥得到黑色花球狀硒化銦。實(shí)施例3:
一種合成ct-In2Se3納米花球的溶劑熱法,具體步驟如下
(1)用電子天平分別稱取O.2292g硝酸銦，O. 0158g硒粉，O. 0352g抗壞血酸，40ml油酸于50ml反應(yīng)釜中，磁子進(jìn)行攪拌30分鐘；
(2)將反應(yīng)釜密封放入200°C烘箱中恒溫24小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，用無(wú)水乙醇洗滌8遍，于60°C真空烘箱中干燥得到黑色花球狀硒化銦。實(shí)施例4
一種合成ct-In2Se3納米花球的溶劑熱法,具體步驟如下
(1)用電子天平分別稱取O.2292g硝酸銦，O. 0158g硒粉，O. 0352g抗壞血酸，40ml油酸于50ml反應(yīng)釜中，磁子進(jìn)行攪拌30分鐘；
(2)將反應(yīng)釜密封放入190°C烘箱中恒溫24小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，用無(wú)水乙醇洗滌8遍，于60°C真空烘箱中干燥得到黑色花球狀硒化銦。實(shí)施例5
一種合成ct-In2Se3納米花球的溶劑熱法,具體步驟如下
(1)用電子天平分別稱取O.2292g硝酸銦，O. 0158g硒粉，O. 0352g抗壞血酸，40ml油酸于50ml反應(yīng)釜中，磁子進(jìn)行攪拌30分鐘；
(2)將反應(yīng)釜密封放入220°C烘箱中恒溫24小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，用無(wú)水乙醇洗滌8遍，于60°C真空烘箱中干燥得到黑色花球狀硒化銦。實(shí)施例6 一種合成Ct-In2Se3納米花球的溶劑熱法,具體步驟如下
(1)用電子天平分別稱取O.2292g硝酸銦，O. 0158g硒粉，O. 0352g抗壞血酸，40ml油酸于50ml反應(yīng)釜中，磁子進(jìn)行攪拌30分鐘； (2)將反應(yīng)釜密封放入200°C烘箱中恒溫12小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，用無(wú)水乙醇洗滌8遍，于60°C真空烘箱中干燥得到黑色花球狀硒化銦。
權(quán)利要求
1.一種CI-In2Se3納米花球溶劑熱合成方法，是以油酸為溶劑，抗壞血酸為還原劑，將硝酸銦、硒粉在反應(yīng)釜中溶劑熱合成反應(yīng)，然后用無(wú)水乙醇洗滌，并離心分離干燥后制得。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Ci-In2Se3納米花球溶劑熱合成方法，其特征在于，所述的溶劑熱合成反應(yīng)包括如下步驟 步驟A、稱取一定量的硝酸銦、硒粉、抗壞血酸于反應(yīng)釜中混合，其中，所述的硝酸銦、硒粉、抗壞血酸的摩爾比為3:1:廣2 ; 步驟B、加入油酸攪拌30min，其中所述油酸的體積占反應(yīng)釜的60°/Γ80% ； 步驟C、將反應(yīng)釜于190°C 220°C下反應(yīng)12tT24h，然后冷卻至室溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Ci-In2Se3納米花球溶劑熱合成方法，其特征在于，所述的硝酸銦、硒粉、抗壞血酸的摩爾比為3:1:1 ； 所述油酸的體積占反應(yīng)釜的80% ； 所述的反應(yīng)釜于200°C下反應(yīng)24h。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法制備而成的a-In2Se3納米花球。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的a-In2Se3納米花球，其特征在于所述的花球直徑在Γ2微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的a-In2Se3納米花球，其特征在于所述的花球是由厚度為13 15nm的納米片所組成。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境友好型納米材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及納米材料的制備方法，尤其是涉及一種α-In2Se3納米花球溶劑熱合成方法。本發(fā)明提供了一種α-In2Se3納米花球溶劑熱合成方法，是以油酸為溶劑，抗壞血酸為還原劑，將硝酸銦、硒粉在反應(yīng)釜中進(jìn)行溶劑熱合成反應(yīng)，然后用無(wú)水乙醇洗滌，并離心分離干燥后制得。從生長(zhǎng)機(jī)理上推斷，該方法能適用于其他硒金屬化合物納米材料的制備。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單、成本低廉、可控性強(qiáng)、產(chǎn)物結(jié)晶性好、綠色環(huán)保；從對(duì)其低倍掃描電鏡圖(SEM)、高倍掃描電鏡圖(SEM)以及透射電鏡圖(TEM)的分析，制得的α-In2Se3納米花球直徑在1~2微米，是由厚度為13~15納米的納米片所組成的。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102897722SQ20121031207
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者施偉東, 劉裴, 范偉強(qiáng), 于帥 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)