[发明专利]一种高钠掺杂碲化铅的制备方法

说明书

本发明提供了一种简单的高钠掺杂碲化铅热电材料的制备方法。本发明中高钠掺杂碲化铅热电材料的制备方法是：将铅的可溶性盐和含碲的氧化物按Pb:Te＝1:1的摩尔比溶解到饱和氢氧化钠水溶液中，加入还原剂，充分混合后再加入一定体积的丙三醇，然后加热至160‑200℃,保温24‑72小时后冷却至室温，最后将反应沉淀物分离、过滤、洗涤后进行真空干燥处理即可。本发明所涉及的制备方法具有设备及过程简单、安全无污染等特点，制备的粉体均匀、纯度高。

技术领域

本发明属于热电材料领域，涉及一种简单的高钠掺杂碲化铅的制备方法。

背景技术

热电材料能够实现热能与电能的直接可逆转换。用热电材料制作的器件无需使用传动部件、体积小、易加工、无磨损、无噪音、无污染、安全可靠、服役状态稳定，免维护并且寿命长。这些优点使得热电材料在废热发电、极端环境能源供给以及电子制冷等领域得到广泛应用。然而，热电材料制备成本高、转换效率低制约了其应用。因此，降低制备成本及提高性能对热电材料的应用有重要意义。

碲化铅是IV-VI族化合物半导体材料，熔点高(1095K)，禁带宽度较大(约0.32eV)，是化学稳定性好的化合物。其热电特性具有完全的各向同性，Seebeck系数的最大值在600～800K范围内，被用作300～900K范围内使用的温差发电材料。重掺杂的碲化铅材料可以获得合适温度下较高的ZT值。碱土金属元素作为掺杂剂可以提高碲化铅载流子浓度，尤其是钠掺杂能有效减小带隙，产生非谐振电子态，形成多能谷价带结构，提高热电性能。提高钠掺杂量能够获得更大的载流子浓度，以得到更优异的热电性能。

通常制备钠掺杂碲化铅的方法是高温熔融合成方法。熔融合成方法需要长时间保持高温状态、能耗大、对设备要求高、工艺复杂精细，因而生产成本很高。用熔融法制备出的碲化铅中钠的掺杂量很小，最高含量为1～3at.％。目前尚没有关于低温合成方法进行钠掺杂的报道，这是由于钠是一种极为活泼的元素，易溶于水，很难掺杂进入碲化铅结构中。

发明内容

本发明的目的是提供一种高钠掺杂碲化铅的制备方法。该方法反应温度低、工艺简单、环境友好、且合成的粉体纯度高，形貌好。本发明所述高钠掺杂碲化铅由大量碲化铅和少量铅组成，其中，钠的含量可达8at.％。

本发明一种高钠掺杂碲化铅的制备方法包括以下步骤：

1)将原料Pb(CH₃COO)₂·3H₂O、TeO₂按Pb:Te＝1:1的摩尔比溶解到饱和氢氧化钠水溶液中，同时加入NaBH₄作为还原剂，充分混合后，再加入一定体积的丙三醇，得到前驱液。

2)将步骤1)所得的前驱液移入反应釜中，再将反应釜放入烘箱中，加热至160-200℃保温24-72h后冷却至室温。

3)将反应釜取出，分离出沉淀物，用不同的溶剂交替洗涤后真空恒温干燥，得到高钠掺杂碲化铅热电材料。

本发明步骤1)中所述Pb(CH₃COO)₂·3H₂O、TeO₂的物质的量都为0.006mol，饱和氢氧化钠为25M，还原剂NaBH₄的质量为0.6g，水的体积为20mL，丙三醇的体积为20-40mL。

本发明步骤2)中所述反应釜优先采用聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜；所述烘箱的温度可为180℃，保温时间可为48h；

本发明步骤3)中所述分离方法为倒掉上层清液，留下下层沉淀及一部分粘稠状溶液，然后将沉淀与粘稠状溶液用乙二醇稀释后离心分离，可以重复2～3次将沉淀物与丙三醇溶剂分离；所述洗涤可用无水乙醇和乙二醇交替洗涤2～3次：所述真空恒温干燥温度可为60℃，干燥时间可为5小时以上。

相比于现有高温熔融制备技术，本发明具有以下优点：