[发明专利]硫化铋纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硫化铋纳米材料的制备方法，特别是本发明涉及一种花状或棒状硫化铋纳米材料的制备方法。

背景技术

硫化铋(Bi₂S₃)是一种直接带隙半导体材料，它在光电二极管阵列、光电转化以及由于具有Peltier效应而导致的热电冷却方面具有潜在的应用价值，所以近年来引起了越来越多的关注。随着现代微电子技术的发展，各种光电子器件的微型化对材料科学提出了更高的要求。

当材料组成单元的尺度进入纳米量级时，会展示出诸多体相材料所不具备的特殊性质，从而具有更为重要的应用价值，这类材料即纳米材料。当前，已有大量关于纳米材料制备方法的公开技术。然而，纳米材料的性能体现与其微观结构有重要关系，具有特殊微结构如线状、棒状、花状等纳米材料在性能方面更有独特之处，并有希望成为微型连接器或功能元件，在制备纳米尺度的电子、光电、电化学以及电机械装置等方面发挥重要作用。然而，特殊结构纳米材料(如棒状、花状)的制备一直是纳米材料领域研究与应用的技术难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备具有尺寸均匀、长径比一致的花状或棒状硫化铋半导体纳米材料的方法。

本发明通过如下措施来实现：

通过化学方法进行形态可控纳米材料的合成时，化学反应体系的选择设计，包括反应物、反应溶剂、反应时间及反应温度的选择是实现成功制备的关键。

本发明以1-十六烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐为反应溶剂，以二烷基二硫代磷酸铋盐为前驱体，通过常压热处理方式，即可得到硫化铋半导体纳米花和纳米棒。

一种硫化铋纳米材料的制备方法，其特征在于该方法将二烷基二硫代磷酸铋与1-十六烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐混合，在搅拌下加热到135-250℃，保温反应2秒到10小时后冷却，最后进行离心分离，即可得到硫化铋半导体纳米花或纳米棒。

本发明所述的二烷基二硫代磷酸铋，它的烷基为碳原子数为2-20的直链或支链烷基。

本发明所述的二烷基二硫代磷酸铋，它的烷基为碳原子数4-12个碳原子数的直链或支链烷基。

本发明所述的1-十六烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐为一种室温离子液体。现有纳米材料形状可控的制备方法中，通常采用在有机溶剂中加入各种表面活性剂类物质来实现形状的控制。这些方法，反应体系复杂，需用到多种有机溶剂或模板化合物，对反应条件的要求也较为苛刻。室温离子液体是由特定阳离子和阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的物质。与固态物质相比较，它是液态的；与传统的液态物质相比较，它是离子型的。因而，室温离子液体往往展现出独特的性质及功能，是一类值得研究发展的新型介质或“软”功能材料(soft materials)。室温离子液体的主要特点是：非挥发性或“零”蒸汽压，有望代替传统的挥发性有机溶剂；低熔点，可达-90℃；宽液程，可达300℃；高热稳定性，分解温度大于300℃；选择性溶解力，故称为“液体”分子筛(liquid zeolite)。本发明将其引入硫化铋纳米材料的制备体系中，即作为进行热解反应的耐高温的溶剂，又作为进行产物微结构调控的分子模板，从而发展出一种简便、高效、绿色的特殊形状硫化铋纳米材料的制备方法。

本发明所述的二烷基二硫代磷酸铋，分子结构中既含有铋元素，又含有硫元素。本发明将其作为形成硫化铋的单源前驱体，通过在以1-十六烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐为溶剂的反应体系中进行简单加热即可得到特殊形状硫化铋纳米材料，通过控制加热时间、加热温度即可对状硫化铋纳米材料的微观形貌进行控制，得到不同长径比的棒状及花状纳米材料。

本制备方法具有合成工艺简便、无需高压，制备纯度高等特点。用本法制备出的硫化铋半导体纳米花或纳米棒长径比基本相同，尺寸非常均匀，纳米棒直径及长短可通过反应时间及反应温度调整。

附图说明