[发明专利]一种铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，特别涉及一种铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子，及其制备方法和应用。

背景技术

如果有两种或两种以上化学成分的纳米结构通过特定晶面共生而形成了一个纳米异质颗粒，那么这种颗粒的纳米结构就是为大家所熟知的标准纳米异质结构。在这种颗粒中有两种可或两种以上的电子能带结构不同的化学物质，通过适当的调控两种物质的种类和含量可以对纳米异质粒子的电子能带结构进行调控，使得纳米异质结构在禁带宽度和价带导带的排列上获得了新的调控机会。有鉴于此，在材料科学领域，合成并研究标准纳米异质结构已经成为近年来一个研究热点并且到了快速的发展。

同一物质的不同物相也具有不同的电子能带结构，所以如果能在一个纳米结构上可控得到两种物相，也就能够通过调节两相比例来实现电子能带结构的调控，但是由于物质的物相是由材料热力学和生长动力学共同决定的，所以可控地在一个纳米结构中设计引入两种物相（也就是设计合成同素多形纳米粒子）要比合成标准纳米异质结要困难得多。

到目前为止，可控地合成同素异形纳米粒子仅在II-VI族枝状“多足”纳米粒子中有过报道。枝状“多足”II-VI纳米粒子有一个闪锌矿结构的核和多个纤锌矿的枝，其中纤锌矿的（001）面共格外延生长在闪锌矿核的（111）面上，由于闪锌矿有八个（111）等效晶面，所以枝状“多足”纳米粒子可以有最多八个“足”。但是非“多足”同素异形纳米粒子的合成和性质研究目前还没有见诸报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子。

本发明的另一目的在于提供一种铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的制备方法。

本发明还有一目的在于提供上述铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子在太阳能电池吸收层、光电导开关和温差电转换中的应用。

为了实现上述目的，本发明提出了一种铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子，其具有一个纤锌矿的核和两个闪锌矿的端点，所述核和所述端点以线性方式排布。

优选地，所述铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子具有橄榄球形或圆柱形或梭形的形貌，纳米粒子的平均粒径为10～80nm。

本发明还提出了一种制备上述铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的方法，其包括如下步骤：

（1）将铜锌锡金属盐加入烷基硫醇和有机溶剂的混合液后加热并保温，得到溶液A；

（2）将双有机基硒醚加入有机溶剂后加热并保温，得到溶液B；

（3）将所述溶液A和所述溶液B混合并加热至200～320℃后保温，从而制得铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子。

优选地，步骤（1）中铜盐为一价铜的盐，锌盐为二价锌的盐，锡盐为二价锡的盐，且Cu⁺、Zn²⁺、Sn²⁺的物质的量与烷基硫醇的体积的比为2.5～3.1:1.25～1.55:1.25～1.55:2～10，其中Cu⁺、Zn²⁺、Sn²⁺的物质的量的单位为摩尔，烷基硫醇的体积的单位为升。

优选地，步骤（1）中所述加热的温度为50～150℃，所述保温的时间为1min～1h。

优选地，步骤（1）中所述烷基硫醇的分子式为C_nH_2n+1SH，所述有机溶剂为油胺或十八烯或三丁基膦或三苯基膦，其中11<n<17。

优选地，步骤（2）中所述双有机基硒醚与步骤（1）中所述铜盐的物质的量比为10～12.4:2.5～3.1。

优选地，步骤（2）中所述加热的温度为50～150℃，所述保温的时间为1min～1h，所述有机溶剂为油胺或十八烯或三丁基膦或三苯基膦。

更优选地，步骤（3）中所述保温的时间为5min～2h，所述加热的升温速率为5～15℃/min。

本发明还提供了上述的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子在太阳能电池吸收层、光电导开关和温差电转换中的应用。

本发明采用的方法合成的铜锌锡硒硫同素异形纳米粒子的核是纤锌矿，两端是闪锌矿，与传统的同素异形纳米粒子核是闪锌矿，外延生长纤锌矿相比，具有全新的结构特点，不但可以作为一个全新的结构模型用于理论研究，也可以当作“纳米粒子墨水”通过刮刀涂布，旋转涂布或其他成膜方式制成太阳能电池吸收层，以获得更好的光致电子空穴分离效果，还可以当作主要吸光材料应用于光电导开关，或经压缩成块后用于温差电转换材料。

附图说明