[发明专利]一种具有层状结构BiOCuSe纳米片的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种热电材料，具体来说是一种具有层状结构BiOCuSe纳米片的制备方法。

背景技术

热电材料是一种可以通过固体内部载流子运动把热能直接转换成电能的半导体功能材料。在热电发电及热电制冷装置中具有极有前景的应用。材料热电性能的好坏又用品质因数ZT来表示，通常ZT=(S²σT)/κ,其中S表示塞贝克系数，σ表示电导率，κ表示热导率，T代表绝对温度，而又把S²σ称为功率因子。由此可见，具有大的功率因子和低的热导率的热电材料材料的热电优值比较大。热电优值越大，在实际应用中更有利。因此在过去的十年中科学家一直致力于通过提高功率因子(S²σ)及降低热导率(κ)来提高ZT值，促进热电材料在发电和制冷中的应用。

目前，最有前景的改善热电性能的方法就是设计出包含“自然超晶格”的材料，在这样的材料中具有极好电子运输性能的层和提供声子散射的层交替排列。因此一系列四组元的层状硫属氧化物AOBQ(A=La，Ce，Nd，Pr，Bi；B=Cu，Ag，Q=S，Se，Te)被广泛研究，其中含铋的相BiOCuSe更是备受关注，它具有低的热导率，可以作为一种极有前景的热电材料。而且令人振奋的是BiOCuSe可以通过Sr掺杂、Ca掺杂及Cu空位优化电子运输性能使ZT值本别提高到在绝对温度为873K的0.76、923K的0.9及923K下的0.81。BiOCuSe硫属化物属于宽带隙p型半导体，帯隙宽度约为0.82eV。BiOCuSe是由提供电子运输通道的导电层(Cu₂Se₂)²⁻层和作为作为声子散射区域绝缘层(Bi₂O₂)²⁺层交替堆积而成的层状结构材料。

中国专利“一种Sr掺杂氧化物BiOCuSe热电材料及制备方法”（CN 102655204A）公开了一种高热电优值的方法，该方法需使用球磨，放电等离子烧结（SPS）等工艺，成本较高，工艺繁琐，不利于大批量生产。中国专利“一种 BiOCuSe 基热电氧化物粉体的制备方法”（ CN 103011838A）公开了一种固相烧结的方法制备BiOCuSe 基热电氧化物粉体，烧结工艺过程相对复杂、繁琐及过程成本较高。武汉理工大学唐新峰教授公开了“一种具有纳米层状结构高性能BiOCuSe基块体热电材料的超快速制备方法”。虽然能够快速制备，但高温烧结温度达到1000℃，能耗较高。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种具有层状结构BiOCuSe纳米片的制备方法，所述的这种具有层状结构BiOCuSe纳米片的制备方法要解决现有技术中制备具有层状结构BiOCuSe纳米片的方法工艺复杂、能耗高的技术问题。

本发明提供了一种具有层状结构BiOCuSe纳米片的制备方法，包括如下步骤：

1)称取反应物前驱体含硒化合物、氧化铜或可溶性铜盐、氧化铋或可溶性铋盐、强碱和去离子水，所述的反应物前驱体含硒化合物、氧化铜或可溶性铜盐、l氧化铋或可溶性铋盐、强碱和去离子水的物料比为6-30 mmol：4-16 mmol：2-8 mmol：5-35 g：10-50 mL；其中：所述强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷或氢氧化铯中任意一种；所述的可溶性铜盐选自氯化铜、氯化亚铜、乙酸铜中任意一种；

2)依次将反应物前驱体含硒化合物、氧化铜或可溶性铜盐、氧化铋或可溶性铋盐、强碱、去离子水加入到反应釜中，在室温下搅拌5-30 min至反应物溶解；

3)然后将反应釜密封放入到180-240℃的真空烘箱中反应1-5天，最后离心、干燥即得BiOCuSe纳米片。

进一步的，所述的可溶性铋盐选自五水硝酸铋、氯化铋、或者醋酸铋中任意一种。

进一步的，在步骤2）离心时，转速为1000-8000转/min。

本发明该反应的机理为：采用浓碱水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压，形成一个相对高温、高压的反应环境，进而合成由[Bi₂O₂]²⁺和[Cu₂Se₂]^2-组成的层状BiOCuSe纳米片，其形成的化学方程式为：