[发明专利]尺寸可控的铜锑硫纳米晶材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料与纳米技术领域，具体涉及一种尺寸可控的铜锑硫纳米晶材料及其制备方法。

背景技术

半导体纳米晶是尺寸在1-10nm之间的结晶颗粒。这些颗粒尺寸通常小于电荷载流子的波尔半径，因此这些半导体纳米晶的电子能级由于量子限制的因素而受到尺寸变化的影响，这些半导体纳米晶就称为量子点。II-VI、III-V、IV-VI和IV族半导体通常被制备成半导体量子点材料，它们会展现出不同于本征半导体的独特的性能。在过去几十年中，半导体量子点被深入研究，并且利用其独特的性能应用到许多新型纳米器件中，如发光二极管、场效应晶体管、生物探针和太阳能电池。铜锑硫(Cu₁₂Sb₄S₁₃)是一种新型的纳米晶材料，不含有有毒或稀有元素，具有较大的光吸收系数和较小的禁带宽度(～1.8eV)，能够大量的吸收太阳光。目前对于铜锑硫(Cu₁₂Sb₄S₁₃)纳米晶材料的报到还较少，有待于进一步深入研究。

量子点材料的制备方法有很多种，然而对于铜锑硫(Cu₁₂Sb₄S₁₃)材料来说，由于锑(Sb)元素的特殊性，使得反应过程难于控制，产物中易出现杂相。近年来，对于铜锑硫(Cu₁₂Sb₄S₁₃)纳米晶的制备主要采用热注入法，该方法简便易行，能够得到分散性较好的纳米晶。然而目前所报道的铜锑硫(Cu₁₂Sb₄S₁₃)纳米晶的尺寸相对较大，大于其波尔半径；有机耦合剂的选择相对单一，使反应条件限制在一个相对较小的范围。因此，对于尺寸可控的铜锑硫(Cu₁₂Sb₄S₁₃)纳米晶材料的制备方法有必要进行深入研究探索。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种尺寸可控的铜锑硫纳米晶材料及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种尺寸可控的铜锑硫纳米晶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将醋酸铜和醋酸锑加入到十八烯中，然后再加入油酸，通入氩气保护气体，控制温度并快速搅拌使金属盐完全溶解，得到金属盐溶液；

(2)在上述金属盐溶液中加入1-十二硫醇，搅拌后使其与金属离子完全络合，然后加入单质硫的十八烯溶液，加热至设定温度后进行反应；

(3)反应结束后，冷却至室温，加入大量的甲醇对反应得到的铜锑硫纳米晶进行清洗，再取铜锑硫纳米晶溶解至正己烷溶液中，得到铜锑硫纳米晶的正己烷溶液。

上述方案中，所述醋酸铜、醋酸锑、单质硫、油酸和1-十二硫醇的添加比例为1mmol：1mmol：1mmol：1ml：0.1～20ml。

上述方案中，步骤(2)所述设定温度为100～250℃，反应时间为30～300秒。

上述方案中，步骤(1)所述金属盐溶液中，醋酸铜、醋酸锑、十八烯和油酸的配比为：每10mL十八烯中加入1mmol醋酸铜、1mmol醋酸锑和1mL油酸。

上述方案中，步骤(1)所述温度为60-100℃，搅拌的时间为5-40分钟。

上述制备方法制备得到的铜锑硫纳米晶材料。

本发明的有益效果如下：本发明采用1-十二硫醇作为有机耦合剂，通过控制十二硫醇的含量、反应温度及反应时间可以制备得到不同尺寸的铜锑硫(Cu₁₂Sb₄S₁₃)纳米晶材料。该制备方法工艺简单，对设备要求低，重现性好，反应条件具有很大的选择范围，可控程度高，符合环境要求，并能大大降低成本。

附图说明

图1为本发明制备得到的铜锑硫纳米晶材料的物相表征图，其中a为XRD图谱，b为EDS图谱。

图2为实施例1制备得到的铜锑硫纳米晶材料的TEM图像。

图3为实施例2制备得到的铜锑硫纳米晶材料的TEM图像。

图4为实施例3制备得到的铜锑硫纳米晶材料的TEM图像。

图5为实施例4制备得到的铜锑硫纳米晶材料的TEM图像。

图6为实施例5制备得到的铜锑硫纳米晶材料的TEM图像。

图7为实施例6制备得到的铜锑硫纳米晶材料的TEM图像。