[發明專利]一種Bi2Te3?Sb2Te3核殼結構納米線及其制備方法

有效

• 申請號: 201510746190.6
• 申請日: 2015-11-05
• 公開（公告）號: CN105382254B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 糜建立;馮宏慶;董明東
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B22F9/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及熱電材料及其制備技術領域，尤其涉及一種Bi₂Te₃-Sb₂Te₃核殼結構納米線及其制備方法。

背景技術

熱電材料是一種通過固體中的載流子輸運實現熱能和電能直接相互轉換的功能材料。降低材料的維度，會提高能態密度和增加的聲子散射，從而提高材料熱電性能。低維納米材料如量子點，超晶格，納米線以及微納復合材料是熱電材料領域研究的熱點方向。

半導體納米線，由于其獨特的結構和性質，可以應用到各種能量轉換裝置中。理論研究表明由于納米線的維度限制導致的量子約束效應和熱導率的降低，半導體納米線熱電材料的效率能夠顯著提高(L.D.Hicks and M.S.Dresselhaus,Phys.Rev.B,1993,47,16631-16634)。實驗上對于納米線顯著降低熱導率已經被廣泛驗證，但是實驗上對于納米線同時提高電學性能鮮有報道。因此，制備特殊結構的納米線，如核殼異質結構，能夠調節能帶結構，從而有望進一步改善材料的熱電性能。因此Bi₂Te₃-Sb₂Te₃核殼結構納米線及其制備方法對熱電納米器件的開發和應用具有重要的意義。至今未發現Bi₂Te₃-Sb₂Te₃核殼結構納米線及其制備方法的有關報道。

另一方面，在現有制備Bi₂Te₃基納米材料的方法中，所用的還原劑大多為水合肼，硼氫化鈉，或DMF等有毒還原劑，因此一種無毒、環境友好的還原劑來代替那些有毒的還原劑，這更符合“綠色”合成策略。葡萄糖、蔗糖或褐藻酸等有機還原劑，反應條件溫和，能夠有效控制反應過程，制備特殊結構的納米材料。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種Bi₂Te₃-Sb₂Te₃核殼結構納米線及其制備方法，采用簡單的兩步水熱法，首先在較低溫度條件下合成Te納米線，再以Te納米線為模板，在較高的溫度下合成了Bi₂Te₃-Sb₂Te₃核殼結構的納米線。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種Bi₂Te₃-Sb₂Te₃核殼結構納米線，其特征在于，所述納米線以Bi₂Te₃為內核，Bi₂Te₃外層包覆有Sb₂Te₃層。

優選地，所述納米線的直徑為10～50nm，長度為2-20μm。

所述Bi₂Te₃-Sb₂Te₃核殼結構納米線的制備方法，采用兩步水熱反應制備，其特征在于， 包括以下步驟：

(1)將含Te元素的化合物、還原劑加入到去離子水中，加入酸調節溶液H⁺濃度為0.1～0.2mol/L，待混合均勻后倒入內襯為聚四氟乙烯的水熱反應釜中加熱反應制備Te納米線，反應溫度為120-180℃，反應時間為4～10h；

(2)步驟(1)的反應釜自然冷卻至室溫后，在反應溶液中加入乙二胺四乙酸二鈉和還原劑溶解，按照所需要合成的Bi_xSb_2-xTe₃(0<x<2)確定的化學計量比，加入含Bi元素的化合物和Sb元素的化合物，再加入堿調節溶液OH^-濃度為0.1～0.4mol/L，密封反應釜后加熱反應，反應溫度為200-220℃，反應時間為12-24h。反應結束后將所得產物離心分離、用去離子水和無水乙醇反復洗滌，收集固體樣品烘干，即得到Bi₂Te₃-Sb₂Te₃納米線。

所述步驟(1)中的含Te元素化合物是亞碲酸鹽或碲酸。

所述步驟(1)中的還原劑是綠色無毒的葡萄糖，蔗糖或褐藻酸。