[發(fā)明專利]一種制備金屬硫族化合物半導(dǎo)體超細(xì)超長納米線的方法及所制備的特征納米線

有效

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• 申請日: 2017-02-07
• 公開（公告）號: CN108394872B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李運(yùn)超;李冬;邢觀潔;唐世霖
• 申請（專利權(quán)）人: 北京師范大學(xué)
• 主分類號: C01B19/00
• 分類號: C01B19/00;C01G9/08
• 代理公司: 北京法信智言知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11737
• 代理人: 劉靜榮

本發(fā)明涉及納米材料合成領(lǐng)域，具體涉及一種制備金屬硫族化合物半導(dǎo)體超細(xì)超長納米線的方法及制備的納米線。所述方法包括步驟：制備金屬前驅(qū)體和非金屬前驅(qū)體；將金屬前驅(qū)體和非金屬前驅(qū)體溶液放入高壓釜中，在優(yōu)化的反應(yīng)條件下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，即可得到金屬硫族化合物半導(dǎo)體超細(xì)超長納米線。本發(fā)明的合成方法具有普適性，利用該方法可合成出多種不同的金屬硫族化合物半導(dǎo)體超細(xì)超長納米線；所制備的半導(dǎo)體納米線，形貌均一、結(jié)晶性好，線徑小于5nm且長徑比大于300，具有顯著的量子限域效應(yīng)，是納米光電器件理想的構(gòu)筑單元。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料合成領(lǐng)域，具體涉及一種制備金屬硫族化合物半導(dǎo)體超細(xì)超長納米線的方法及制備的納米線。

背景技術(shù)

超細(xì)超長半導(dǎo)體納米線是指線徑小于5nm(甚至3nm)且明顯小于其波爾激子半徑，同時長徑比大于300(甚至1000)的半導(dǎo)體納米線。相比于直徑通常大于10nm的常規(guī)半導(dǎo)體納米線,超細(xì)超長半導(dǎo)體納米線由于擁有超細(xì)的直徑和高度的各向異性特征，不僅具備更強(qiáng)烈的量子限域效應(yīng)、更顯著的表面效應(yīng)和更新穎的物理化學(xué)性質(zhì)，而且還是新一代納米光/電子器件、光電轉(zhuǎn)換器件、發(fā)光顯示器件、檢測傳感等器件的理想構(gòu)筑單元(buildingblock)。因此，超細(xì)超長半導(dǎo)體納米線的合成和應(yīng)用已經(jīng)成為人們研究的熱點(diǎn)。

到目前為止，盡管常規(guī)納米線的合成技術(shù)與理論已發(fā)展的比較成熟，但超細(xì)超長半導(dǎo)體納米線的合成仍然是困擾納米材料領(lǐng)域的難題之一。超細(xì)超長半導(dǎo)體納米線在合成上的挑戰(zhàn)體現(xiàn)在納米線生長過程中需嚴(yán)格限制其線徑的粗化。雖然物理氣相沉積法(VLS)、模板輔助沉積法以及液相催化生長法(SLS)已經(jīng)廣泛用于常規(guī)納米線的合成。但是這些方法通常需要高的反應(yīng)溫度和大尺寸的催化顆粒或者使用孔徑大于50nm的物理模板，其中SLS≥270℃,VLS≥400℃。由于上述限制因素的存在，利用這些方法很難合成直徑小于10nm的半導(dǎo)體納米線，更不用說線徑小于5nm的超細(xì)納米線。

近年來研究揭示取向定位自組裝法，即具有特殊結(jié)構(gòu)的納米微粒在“內(nèi)外場”的作用下通過取向搭接的方式自組裝成納米線(納米線的直徑因而由初始晶簇的大小決定)，有望發(fā)展成為一種制備超細(xì)超長半導(dǎo)體納米線的有效方法。但目前對取向定位自組裝的了解尚停留在實(shí)驗(yàn)觀測和理論假設(shè)階段，僅能在一些特定的具有強(qiáng)離子極性材料體系(如CdTe和PbSe等)和特定的反應(yīng)環(huán)境中才能觀測到，很難從一個材料體系移植到另一個材料體系，更不用說將其發(fā)展成為一種制備超細(xì)超長納米線的普適性方法。

溶劑熱法在合成常規(guī)納米線方面具有突出優(yōu)勢，尤其是壓力可作為一種普遍存在的驅(qū)動力推動納晶自組裝形成納米線，有望發(fā)展成為一種制備超細(xì)超長納米線的普適性方法。然而需要指出的是溶劑熱環(huán)境很容易促使納米晶熟化從而形成線徑較粗的納米線或顆粒。因此，對于利用溶劑熱路線合成超細(xì)超長納米線的來說，不僅需要考慮壓力的因素，而且還需要綜合考慮溫度、配體環(huán)境、前驅(qū)體濃度以及活化試劑等因素，因而存在極大的挑戰(zhàn)性。目前尚沒有利用溶劑熱法系統(tǒng)合成出不同種類的超細(xì)超長納米線的報道。

發(fā)明內(nèi)容

在深入剖析溶劑熱條件下壓力、溫度、配體環(huán)境、前驅(qū)體濃度以及活化試劑等因素對超微納晶的形成和組裝復(fù)雜影響的基礎(chǔ)上，本發(fā)明首次提出了一種具有普適性合成金屬硫族化合物半導(dǎo)體超細(xì)超長納米線的新方法，即配體輔助活化誘導(dǎo)低溫溶劑熱路線，利用該方法可成功地合成出多種不同的金屬硫族化合物半導(dǎo)體超細(xì)超長納米線。

本發(fā)明的目的是提供一種制備金屬硫族化合物半導(dǎo)體超細(xì)超長納米線的方法，金屬源包括Zn、Cd、Pb和Ag；非金屬源包括Te、Se、S，該制備方法包括以下步驟：

(1)制備金屬前驅(qū)體：將金屬前驅(qū)體溶解在有機(jī)配體溶液中，在惰性氣體保護(hù)下，攪拌、加熱至澄清，降溫后得到金屬前驅(qū)體溶液；

(2)制備非金屬前驅(qū)體：將非金屬前驅(qū)體溶解在有機(jī)配體溶液中，在惰性氣體保護(hù)下，攪拌、加熱至澄清，降溫后得到非金屬前驅(qū)體溶液；