[发明专利]一种硫属化合物管状材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种硫属化合物管状材料的制备方法，属于光电材料制备技术领域。本发明将固体硫族元素原料放置在双温区炉反应器的低温加热区，将金属原料放置在双温区炉反应器的高温硫化反应区，采用惰性气体进行洗气，然后对低温加热区的固体硫族元素原料和高温硫化反应区的金属原料进行加热，低温加热区的固体硫族元素原料释放气态硫族元素与高温硫化反应区的金属原料反应生成气相硫属化合物，气相硫属化合物在基底上冷凝即得硫属化合物管状材料。本发明硫属化合物管状材料的制备工艺简单，可大规模生产，硫属化合物管状材料的比表面积大，能够更好的捕集光子，加速光生载流子的传输速率，适合应用于光电半导体领域。

技术领域

本发明涉及一种硫属化合物管状材料的制备方法，属于光电材料制备技术领域。

背景技术

金属硫属化合物是重要的工业生产原料，被广泛应用于各个领域。其中大多金属硫属化合物具有半导体性质，常被用于光伏及光电催化材料。硫化铜(CuS)薄膜，拥有良好的光电效应，并且具有光敏性和光吸收性是理想的光电化学材料；硒化锑(Sb₂Se₃)为二元单相化合物，具有合适的禁带宽度(～1.15eV)以及较大的吸收系数(＞10⁵cm^-1)，非常适合制作新型低成本低毒的太阳能电池；二硫化锡(SnS₂)为二维结构材料，SnS₂是一种具有2.2eV禁带宽度的层状材料，带隙较窄，具有宽的太阳光谱吸收范围，而广泛应用于光催化领域；碲化镉(GdTe)是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料，晶体结构为闪锌矿型，具有直接跃迁型能带结构，禁带宽度为1.5eV，吸收系数高(＞5×10⁵cm^-1)，因此被广泛应用于光谱分析、红外电光调制器、红外探测器等领域。

制备不同特性的硫属化合物，常采用不同的制备方法。一般情况下，电化学法可以实现硫属化合物薄膜的制备,普通的加热合成法可以实现硫属化合物的规模化制备,例如：在三乙醇胺为络合剂的水溶液体系下可通过电沉积手段实现实现CuS薄膜的制备；PbS制备方法主要为将铅屑与单斜硫在真空石英管内，加热到1100℃，或PbO与H₂S在石英管内加热到500℃，均可制备得到硫化铅粉体；Sb₂Se₃常用的制备方法为将反应原料Sb、Se和助熔剂CsCl，混合后获得前驱体，对前驱体进行充分研磨，使其混合均匀，将混合后的样品装入石英瓶中，利用真空泵机组抽真空达到10～10²Pa(也可以用惰性气体保护)，从而排除空气对熔盐反应的影响，用氢氧火焰将石英瓶封口；将密封后装有混合样品的石英瓶放在普通升温炉中从常温加热到700℃保持72h，然后降温到450℃取出石英瓶放入水中快速降温至室温，最后将石英瓶中的样品取出，超声水洗多次除去助熔剂CsCl，之后将样品置于干燥箱80℃干燥2h，得到表面具有晶体光泽的微米尺寸Sb₂Se₃单晶颗粒；SnS₂薄膜常用的制备方法为化学气相沉积法(CVD)，在反应温度为710℃的条件下反应5分钟，采用二氧化锡(SnO₂)和硫作为Sn和S前体来生长SnS₂薄膜；ZnS粉体的制备方法主要为化学气相沉积法(CVD)，以Zn蒸汽和H₂S气体为原料，在沉积温度为650℃～750℃，沉积室的压力为5～72kPa的参数下制得硫化锌；GaTe的常用制备为烧结法，将Ga粉与Te混合热压烧结，将混合粉体首先加热至400℃，保温2h，压力维持在20Mpa，随后将温度升至800℃，继续保温2h，压力维持在60Mpa，最后自然冷却至室温即可得到GaTe粉体；MoS₂粉体的制备方法为化学合成法以钼酸铵为原料，先将其硫化为硫代钼酸铵，再转化为三硫化钼，然后经过热分解制备纯净二硫化钼；WS₂的常用制备方法为焙烧分解法，将钨酸与氨水在57～60℃搅拌下反应3h，保温自然沉降16h以上，生成的钨酸铵再与硫化氢气体反应，生成四硫代钨酸铵经高温焙烧，分解为二硫化钨。