納米晶材料的可控制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明屬于納米材料與納米技術領域，具體涉及一種Cui2Sb4Si3納米晶材料的可控制備方法。
【背景技術】
[0002]半導體納米晶材料由于較小的尺寸而產(chǎn)生量子尺寸效應，導致其光學、電學等特性與其體材料有明顯的差異，并且隨著尺寸的進一步減小，差異逐漸增加。這一獨特的性質(zhì)使得半導體納米晶材料得到廣泛的應用，如太陽能電池、發(fā)光二極管等。在過去的幾十年中，對于半導體量子點的合成及形成機理的研究，拓寬半導體納米晶材料的種類。目前，硫化鎘、硫化鉛及銅銦硫等納米晶材料已被大量的研究，并得到了巨大的應用。然而，由于目前所使用的材料多含有有毒或者稀有元素，限制了其應用，因此，選擇無毒且含量豐富的材料具有重要意義。Cu12Sb4S13材料是一種p型半導體材料，不含有毒或者稀有元素。同時，其還具有較大的光吸收系數(shù)(>105cm—工)，及合適的禁帶寬度(1.8eV)，其直接禁帶寬度的特性也有利于在光照過程中產(chǎn)生電子-空穴對，這些優(yōu)良的特性都使其在太陽能電池領域具有較大的應用前景。因此，對于CUl2Sb4S13材料的研究具有重要意義。目前，CUl2Sb4S13納米晶材料的研究工作還相對較少，對于其制備工藝還仍需探索，因此研究Cu12Sb4S13納米晶材料的合成方法具有重要的現(xiàn)實意義，有必要對CUl2Sb4S13納米晶材料的制備方法進行深入的研究探索。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明目的在于提供一種Cu12Sb4S13納米晶材料的可控制備方法，該制備方法工藝簡單，成本低廉。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為:CUl2Sb4S13納米晶材料的可控制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
1)按碘化亞銅、氯化鋪、油胺的添加比例為3mmol: 1 mmol: 10 mL，將碘化亞銅和氯化銻加入到油胺中，通入氬氣保護氣體，控制溫度并攪拌使碘化亞銅和氯化銻完全溶解，得到金屬鹽的絡合溶液；
2)按碘化亞銅、氯化鋪、二苯基硫脲的二苯醚溶液的添加比例為3mmol: 1 mmol: 2?6mL，在上述金屬鹽的絡合溶液中加入濃度為1 mol/L的二苯基硫脲的二苯醚溶液，加熱至設定溫度后進行反應；
3)反應結束后，冷卻至室溫，加入甲醇對反應得到的Cu12Sb4S13納米晶進行清洗，得到Cui2Sb4Si3納米晶材料。
[0005]上述方案中，步驟1)控制溫度為:60-100°C，攪拌時間為5-20分鐘。
[0006]上述方案中，步驟2)所述設定溫度為60_180°C，攪拌時間為1-120分鐘。
[0007]本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明選取二苯基硫脲為硫源，采用熱注入法制備Cui2Sb4Si3納米晶材料，通過控制前驅體加入的比例(碘化亞銅、氯化鋪、二苯基硫脲的添加比例為3mmol: lmmol: 2~6 mmol)，得到Cui2Sb4Si3納米晶材料;通過控制反應溫度及反應時間得到不同尺寸的Cm2Sb4S13納米晶。該制備方法工藝簡單，重現(xiàn)性好，成本低廉，符合環(huán)境要求。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明制備得到的Cu12Sb4S13納米晶材料的物相表征圖，其中a為XRD圖譜，b為EDS圖譜。
[0009]圖2為實施例1制備得到的Cu12Sb4S13納米晶材料的TEM圖像，其中a為TEM圖像，b為圖a中納米晶的尺寸分布圖。
[0010]圖3為實施例2制備得到的Cu12Sb4S13納米晶材料的TEM圖像，其中a為TEM圖像，b為圖a中納米晶的尺寸分布圖。
[0011]圖4為實施例3制備得到的Cu12Sb4S13納米晶材料的TEM圖像，其中a為TEM圖像，b為圖a中納米晶的尺寸分布圖。
[0012]圖5為本實施例1?3制備得到的Cu12Sb4S13納米晶材料的紫外-可見光吸收光譜。
[0013]圖6為本實施例1?3制備得到的Cu12Sb4S13納米晶材料的光學帶隙圖。
【具體實施方式】
[0014]為了更好地理解本發(fā)明，下面結合實施例進一步闡明本發(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。
[0015]實施例1
Cu12Sb4S13納米晶材料的可控制備方法，包括如下步驟:
(1)將3mmol碘化亞銅和1 mmol氯化鋪加入到10 mL油胺中，通入氬氣保護氣體，控制溫度在100 °C，并伴隨快速攪拌20分鐘，使碘化亞銅和氯化銻完全溶解，得到金屬鹽的絡合溶液；
(2)向上述金屬鹽溶液中加入6mL、1 mol/L二苯基硫脲的二苯醚溶液，加熱至設定溫度180 °C后反應120分鐘；
(3)反應結束后，冷卻至室溫，加入大量的甲醇對反應得到的Cu12Sb4S13納米晶進行清洗，得到Cui2Sb4Sl3納米晶材料。
[0016]本實施例制備得到011說4313納米晶材料的顆粒尺寸為7.86 nm，其TEM圖像見圖2中的a。
[0017]實施例2
Cu12Sb4S13納米晶材料的可控制備方法，包括如下步驟:
(1)將3mmol碘化亞銅和1 mmol氯化鋪加入到10 mL油胺中，通入氬氣保護氣體，控制溫度在80 °C，并伴隨快速攪拌10分鐘，使碘化亞銅和氯化銻完全溶解，得到金屬鹽的絡合溶液；
(2)向上述金屬鹽溶液中加入4mL、1 mol/L二苯基硫脲的二苯醚溶液，加熱至設定溫度120 °C后反應60分鐘；
(3)反應結束后，冷卻至室溫，加入大量的甲醇對反應得到的Cm2Sb4S13納米晶進行清洗，得到Cui2Sb4Sl3納米晶材料。
[0018]本實施例制備得到011說4313納米晶材料的顆粒尺寸為5.76 nm，其TEM圖像見圖3中的a。
[0019]實施例3
Cu12Sb4S13納米晶材料的可控制備方法，包括如下步驟:
(1)將3mmol碘化亞銅和1 mmol氯化鋪加入到10 mL油胺中，通入氬氣保護氣體，控制溫度在60 °C，并伴隨快速攪拌5分鐘，使碘化亞銅和氯化銻完全溶解，得到金屬鹽的絡合溶液；
(2)向上述金屬鹽溶液中加入2mL、1 mol/L二苯基硫脲的二苯醚溶液，加熱至設定溫度60 °C后反應1分鐘；
(3)反應結束后，冷卻至室溫，加入大量的甲醇對反應得到的Cu12Sb4S13納米晶進行清洗，得到Cui2Sb4Sl3納米晶材料。
[0020]本實施例制備得到011:^4313納米晶材料的顆粒尺寸為4.35 nm，其TEM圖像見圖4中的a。
[0021]本發(fā)明制備的Cu12Sb4S13納米晶材料的XRD圖譜、EDS圖譜見圖1。圖1中的a中XRD圖譜所示各衍射峰的位置和相對強度均與Cu12Sb4S13納米晶材料的XRD圖譜相匹配(JCPDSN0.: 78-0982)，圖1中的b中EDS圖譜顯示其元素比例與Cu12Sb4S13的化學計量比能夠較好的吻合，說明合成的產(chǎn)物為Cu12Sb4S13材料。
[0022]本發(fā)明實施例1?3制備得到的Cu12Sb4S13納米晶材料的形貌結構進行表征，表征結果見圖2?4。圖2?4的結果說明通過控制不同的反應條件，可以得到不同尺寸的Cu12Sb4S13納米晶材料;單一條件下，納米晶的尺寸較為均勻。納米晶具有較好的單分散性，沒有出現(xiàn)團聚現(xiàn)象。
[0023]本發(fā)明還對不同顆粒尺寸的Cu12Sb4S13納米晶材料的光學性能進行了表征，表征結果見圖5和圖6。從圖5可以看出:隨著納米晶顆粒尺寸的增加，Cu12Sb4S13納米晶材料的吸收邊發(fā)生紅移，觀測到了明顯的量子尺寸效應;通過對Cu12Sb4S13納米晶的紫外-可見吸收光譜進行分析計算，可以得到其光學帶隙圖(見圖6)，從圖6可以看出:Cu12Sb4S13納米晶的光學帶隙隨著顆粒尺寸的減小而增加。
[0024]通過控制前驅體加入的比例、反應溫度及反應時間得到不同尺寸的Cu12Sb4S13納米晶Ο
[0025]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的實例，而并非對實施方式的限制。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而因此所引申的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.Cm2Sb4S13納米晶材料的可控制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)按碘化亞銅、氯化鋪、油胺的添加比例為3mmol: 1 mmol: 10 mL，將碘化亞銅和氯化銻加入到油胺中，通入氬氣保護氣體，控制溫度并攪拌使碘化亞銅和氯化銻完全溶解，得到金屬鹽的絡合溶液； 2)按碘化亞銅、氯化鋪、二苯基硫脲的二苯醚溶液的添加比例為3mmol: 1 mmol: 2?6mL，在上述金屬鹽的絡合溶液中加入濃度為1 mol/L的二苯基硫脲的二苯醚溶液，加熱至設定溫度后進行反應； 3)反應結束后，冷卻至室溫，加入甲醇對反應得到的Cu12Sb4S13納米晶進行清洗，得到Cui2Sb4Sl3納米晶材料。2.根據(jù)權利要求1所述Cm2Sb4S13納米晶材料的可控制備方法，其特征在于，步驟1)控制溫度為:60-100°C，攪拌時間為5-20分鐘。3.根據(jù)權利要求1所述Cm2Sb4S13納米晶材料的可控制備方法，其特征在于，步驟2)所述設定溫度為60-180°C，攪拌時間為1-120分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米材料與納米技術領域，具體涉及Cu12Sb4S13納米晶材料的可控制備方法，其特征在于，包括如下步驟：1）按碘化亞銅、氯化銻、油胺的添加比例為3mmol:1mmol:10mL，將碘化亞銅和氯化銻加入到油胺中，通入氬氣保護氣體，控制溫度并攪拌使碘化亞銅和氯化銻完全溶解，得到金屬鹽的絡合溶液；2）在上述金屬鹽的絡合溶液中加入2~6mL1mol/L二苯基硫脲的二苯醚溶液，加熱至設定溫度后進行反應；3）反應結束后，冷卻至室溫，加入甲醇對反應得到的Cu12Sb4S13納米晶進行清洗，得到Cu12Sb4S13納米晶材料。該制備方法工藝簡單，成本低廉。
【IPC分類】C01G30/00
【公開號】CN105460975
【申請?zhí)枴緾N201510899799
【發(fā)明人】劉曰利, 陳克強, 陳文 , 周靜, 佳麗娜·扎哈若娃
【申請人】武漢理工大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月7日