專利名稱：一種單分散鉍納米顆粒的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無機半導體納米材料的制備方法，特別是一種單分散鉍納米顆粒的制備方法。
背景技術：
自從上個世紀開始，制備單分散納米顆粒在溶膠科學領域已經(jīng)成為一個很有挑戰(zhàn)性課題。這些單分散的納米顆?？梢酝ㄟ^自組裝技術來合成基礎材料和模板，來更進一步地制造三維光子晶體等。塊體鉍是一個擁有奇異性質如大的費米波長、強抗磁和高磁阻的半金屬。單質鉍經(jīng)常用來做量子輸運和局域效應研究，并且理論計算表明納米結構的半金屬鉍的熱電優(yōu)值比較高，同時納米鉍在光學應用方面也有較好的應用前景。目前單分散鉍納米顆粒制備方法比較少，并且方法較為復雜，一般用比較復雜的鉍源和強的還原劑再加上表面活性劑來制備單質鉍納米顆粒，如何簡單方便地合成單分散鉍納米顆粒一直是研究 人員努力的方向?，F(xiàn)有文獻報道，如Maksym Yarema 等在 JACS (2010 第 132 卷 15158-15159)上發(fā)表了題為“Highly Monodisperse Bismuth Nanoparticles and Their Three-DimensionalSuperlattices” (“高的單分散性秘納米顆粒和其三維超晶格”)，Jae Sung Son等在Angew. Chem. Int. Ed (2011 第 50 卷 1363-1366)上發(fā)表的 “Large-Scale Synthesis andCharacterization of the Size-Dependent Thermoelectric Properties of UniformlySized Bismuth Nanocrystals” ( “均一大小秘納米顆粒的大規(guī)模合成及其顆粒大小關聯(lián)的熱電性能表征”)的論文，雖然獲得了分散性很高的鉍納米顆粒，但因其合成的鉍源較為復雜，且這種鉍源價格昂貴步驟較為繁瑣，從而限制了此類方法的實用化推廣及應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種單分散鉍納米顆粒制備方法，該方法通過以三氧化二鉍作為鉍源，以油胺或油酸作為包裹劑和表面活性穩(wěn)定劑，從而實現(xiàn)一步制備直接合成分散性好、顆粒均勻的單質鉍納米顆粒。本發(fā)明中，“包裹劑”是指油胺，“包裹劑”通常以螯合在納米顆粒表面的形式，起到防止納米顆粒團聚的作用。本發(fā)明中，“表面活性穩(wěn)定劑”是指油酸，“表面活性穩(wěn)定劑”可能以分布在溶液中，將納米顆粒分散防止其團聚。本發(fā)明方法還可以采用其他能夠起到將納米顆粒穩(wěn)定分散在溶劑、不發(fā)生團聚的試劑。本發(fā)明提出一種單分散鉍納米顆粒的制備方法，包括具體操作步驟如下
(1)室溫下，將冰醋酸加入到鉍源三氧化二鉍當中，將混合物加熱到100 180°C，合成鉍的前驅體；
(2)向步驟(I)制得的鉍的前驅體中加入油胺或油酸，并充分攪拌均勻；
(3)在100 400°C攪拌加熱，制得鉍納米顆粒溶液；
(4)將步驟(3)制得的溶液以8000轉/分鐘的轉速離心，去除上層清液后將所得沉淀分散在甲苯溶液中，離心分離5 10次，最后將所得沉淀溶解于甲苯中，得到單分散單質鉍納米顆粒。本發(fā)明方法中，在步驟(3)之前向步驟(2)制得的溶液中通入氮氣。本發(fā)明方法中，在步驟(3)攪拌加熱之后將所制得的鉍納米顆粒加入到低溫甲苯中淬滅。本發(fā)明方法中，步驟(2)中加入的油酸與鉍的前驅體之摩爾比=1:3 6?；蛘撸襟E(2)中加入的油胺與鉍的前驅體之摩爾比=1:2 5。本發(fā)明方法中，在步驟(3)之前向步驟(2)制得的溶液中加入十八烯。本發(fā)明制備方法步驟簡單，所用試劑數(shù)量少，成本低，易于實施；整個制備過程滿足綠色化學的要求，安全、環(huán)保。利用本發(fā)明制備方法所制得的鉍納米顆粒均勻穩(wěn)定，分散性好。


圖I所示為實施例I制備得到的鉍納米顆粒的X射線衍射圖(XRD)。圖2所示為實施例I制備得到的鉍納米顆粒的場發(fā)射掃描電鏡圖(SEM)。圖3所示為實施例2制備得到的鉍納米顆粒的掃描選取衍射圖(SAED)。圖4所示為實施例2制備得到的鉍納米顆粒的透射電子顯微鏡鏡圖(TEM)。
具體實施例方式結合以下具體實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。實施本發(fā)明的過程、條件、試劑、實驗方法等，除以下專門提及的內容之外，均為本領域的普遍知識和公知常識，本發(fā)明沒有特別限制內容。本發(fā)明提出一種單分散鉍納米顆粒的制備方法，包括具體操作步驟如下
(1)室溫下，將冰醋酸加入到鉍源當中，將混合物加熱到100 180°C，合成鉍的前驅
體；
(2)向步驟(I)制得的鉍的前驅體中加入油胺或油酸，并充分攪拌均勻?？蛇x地，在攪拌步驟后加入5 100 mL的十八烯；
(3)在100 400°C攪拌加熱，制得鉍納米顆粒溶液；
(4)將步驟(3)制得的溶液以8000轉/分鐘的轉速離心，去除上層清液后將所得沉淀分散在甲苯溶液中，離心分離5 10次，最后將所得沉淀溶解于甲苯中，得單分散單質鉍納米顆粒。本發(fā)明方法中，在步驟(3)前向步驟(2)制得的溶液中通入氮氣，在步驟(3)攪拌加熱后將制得的鉍納米顆粒加入到低溫甲苯中淬滅。本發(fā)明方法中，油酸以與鉍的前驅體摩爾比=1:3 6的加入量加入，油胺以與鉍的前驅體摩爾比=1:2 5的加入量加入。本發(fā)明方法中，在步驟(3)前向步驟⑵制得的溶液中加入十八烯。實施例I
本實施例以油胺作為包裹劑，本發(fā)明單分散納米單質鉍顆粒制備方法的具體步驟如
下(1)室溫下，將ImL冰醋酸加入到0.233g三氧化二鉍當中，然后將此混合物加熱到130°C，合成白色醋酸鉍，并蒸發(fā)掉多余的酸；
(2)向步驟(I)制得的鉍的前驅體(即醋酸鉍)中加入IOmL油胺，并充分攪拌均勻；
(3)向步驟(2)制得的溶液中通入氮氣保護氣，在310°C攪拌加熱4個小時，將制得高溫285°C熔融下鉍納米顆粒加入到溫度為低溫甲苯(溫度-18°C，50ml)中淬滅；本實施例中，通過通入氮氣保護氣，達到了防止油胺被氧化的技術效果；通過將鉍納米顆粒加入到低溫甲苯中淬滅，達到了顆粒更加均勻的技術效果。(4)將步驟(3)制得的溶液以8000轉/分鐘的轉速離心，去除上層清液后將所得沉淀分散在甲苯溶液(該甲苯溶液的濃度99. 5%,50ml)中，離心分離6次，最后將所得沉淀溶解于甲苯中，得單分散單質鉍納米顆粒。對本實施例制備得到的鉍納米顆粒進行檢測，其XRD圖(本實施例所使用的是標準衍射卡Bi JCPDS card no. 44-1246)和SEM圖如圖I、圖2所示。從圖中可見合成了單 質秘納米顆粒，顆粒大小均一。實施例2
本實施例以油酸作為表面活性穩(wěn)定劑，其具體步驟如下
(1)室溫下，將ImL冰醋酸加入到0.233g三氧化二鉍當中，然后將此混合物加熱到130°C，合成白色醋酸鉍，并蒸發(fā)掉多余的酸；
(2)向步驟⑴制得的白色醋酸鉍中加入油酸，醋酸鉍與油酸的摩爾比為1:3，將此混合溶液加熱至130°C，并保持3小時，制得油酸鉍；油酸的加入量還可以為油酸鉍的前驅體摩爾比=1:6。(3)向步驟(2)制得的溶液中加入十八烯50mL，在150°C加熱2小時，加熱過程在磁力攪拌下進行，合成單分散鉍納米顆粒；本實施例通過加入十八烯，達到了對鉍納米顆粒大小控制的技術效果。(4)將步驟(3)制得的含有單質鉍納米顆粒溶液以8000轉/分鐘的轉速離心，去除上層清液后將所得沉淀分散在甲苯溶液(該甲苯溶液的濃度99. 5%、用量30ml)中，離心分離6次，最后將所得沉淀溶解于上述甲苯中，得單質鉍納米顆粒。對本實施例制備得到的鉍納米顆粒進行檢測，其SAED圖和TCM圖如圖3、圖4所示。從圖中可見合成了單質秘納米顆粒，顆粒大小在3 7nm,大小均一。本發(fā)明的保護內容不局限于以上實施例。在不背離發(fā)明構思的精神和范圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優(yōu)點都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權利要求書為保護范圍。
權利要求
1.一種單分散鉍納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述方法采用三氧化二鉍作為鉍源，加入油胺或油酸作為包裹劑和表面活性穩(wěn)定劑，在有機溶劑體系中合成所述單分散鉍納米顆粒。
2.如權利要求I所述的單分散鉍納米顆粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)室溫下，將冰醋酸加入所述鉍源三氧化二鉍中，將混合物加熱到100 180°C，合成鉍的前驅體； (2)向步驟(I)制得的鉍的前驅體中加入油胺或油酸，并充分攪拌均勻； (3)在100 400°C攪拌加熱，制得鉍納米顆粒溶液； (4)將步驟(3)制得的溶液以8000轉/分鐘的轉速離心，去除上層清液后將所得沉淀分散在甲苯溶液中，離心分離5 10次，最后將所得沉淀溶解于甲苯中，得單分散單質鉍納米顆粒。
3.如權利要求2所述的單分散鉍納米顆粒的制備方法，其特征在于，在所述步驟(3)之前向所述步驟(2)制得的溶液中通入氮氣。
4.如權利要求2所述的單分散鉍納米顆粒的制備方法，其特征在于，將所述步驟(3)制得的鉍納米顆粒加入到低溫甲苯中淬滅。
5.如權利要求2所述的單分散鉍納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中加入的油酸與鉍的前驅體之摩爾比=1:3 6。
6.如權利要求2所述的單分散鉍納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中加入的油胺與鉍的前驅體之摩爾比=1:2 5。
7.如權利要求2所述的單分散鉍納米顆粒的制備方法，其特征在于，在所述步驟(3)之前向所述步驟⑵制得的溶液中加入十八烯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單分散鉍納米顆粒的制備方法，該方法采用乙酸鉍作為鉍源，油胺或油酸作為包裹劑和表面活性穩(wěn)定劑，在有機相體系中合成鉍納米顆粒。本發(fā)明操作步驟簡單，所用試劑數(shù)量少，成本低，易于實施，并且安全、環(huán)保；利用本方法所制得的鉍納米顆粒具有較高的產(chǎn)率，很好的穩(wěn)定性。
文檔編號B22F9/24GK102717095SQ20121020481
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權日2012年6月20日
發(fā)明者唐曉東, 彭暉, 王志, 羅春花 申請人:華東師范大學