[發明專利]一種硫化鉍單晶/碳納米線復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110743821.4
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113292099B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 尹紅;侯朝輝;周民杰;王溦;陳梁
• 申請（專利權）人: 湖南理工學院
• 主分類號: C01G29/00
• 分類號: C01G29/00;C01B32/15;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 王珣玨;石夢雅

本發明屬于單晶納米材料技術領域，具體公開了一種硫化鉍單晶/碳納米線復合材料的制備方法，該方法先將聚合物和過量鉍鹽充分溶解于溶劑A中，得到過飽和紡絲前驅體，然后進行靜電紡絲，得到鉍鹽/聚合物納米線復合材料；再將鉍鹽/聚合物納米線復合材料進行多步煅燒，得到鉍/碳納米線復合材料；將鉍/碳納米線復合材料在氧氣氛下氧化，得到三氧化二鉍/碳納米線復合材料；接著將三氧化二鉍/碳納米線復合材料在真空下硫化，經溶劑B清洗最終得到晶型結構好、形貌均一的硫化鉍單晶/碳納米線復合材料。本發明方法制備的復合材料極大提高了單晶硫化鉍的產量和硫化鉍材料的導電性能，對硫化鉍在儲能和太陽能電池領域的應用有著極其重要的意義。

技術領域

本發明屬于單晶納米材料技術領域，更具體地，涉及一種硫化鉍單晶/碳納米線復合材料的制備方法。

背景技術

單晶材料因其在結構和物理性質上的獨有性質，如對稱性、各向異性、均勻性、規則外形和固定熔點，使其在芯片、光電探測器和太陽能電池等領域有著極為重要的應用價值。當前制備單晶材料的主要方法有擴散法、溫差法、接觸法、揮發法和高壓釜等方法。但是，上述制備方法存在著環境污染大、產量低、效率低和能耗大等缺點，嚴重影響綠色生態環境和節約型能源社會的發展。

硫化鉍單晶材料具有環境友好、光電導和非線性光學響應等優點，廣泛應用于太陽能電池、光電二級管陣列以及紅外光譜學等，也可以應用于制備其它鉍基化合物、易切削鋼添加劑、微電子工業。但是當前制備硫化鉍單晶材料的主要方法為水熱和高溫硫化法，且得到的產物多為多晶材料，嚴重影響硫化鉍材料的性能和應用。此外，硫化鉍在作為儲能材料時，合金化反應后體積會增加約90％，并且較低的導電性也限制了硫化鉍作為儲能負極材料的發展。

因此，我們亟待開發一種導電性好、體積膨脹小、產量高、能耗低和環境友好型的硫化鉍單晶材料的制備方法。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種硫化鉍單晶/碳納米線復合材料的制備方法，該方法先利用過飽和的鉍鹽紡絲前驅體在紡絲條件下得到鉍鹽/聚合物納米線，并結合鉍鹽的分解還原溫度和聚合物碳化溫度的不同，對該納米線進行分步煅燒，使鉍鹽充分還原和聚合物完全碳化，得到金屬鉍顆粒含量高且均一地分布在碳納米線中的鉍/碳納米線復合材料，然后在氧氣氛下氧化，提高鉍的反應活性，并在真空下進一步硫化得到硫化鉍單晶/碳納米線復合材料。旨在解決現有的純硫化鉍單晶材料導電性差、合金化反應后體積膨脹大且制備產物中多為多晶形態的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種硫化鉍單晶/碳納米線復合材料的制備方法，其包括如下步驟：

S1、將聚合物和過量鉍鹽充分溶解于溶劑A中，得到過飽和紡絲前驅體，然后進行靜電紡絲，得到鉍鹽/聚合物納米線復合材料；

S2、將步驟S1中得到的鉍鹽/聚合物納米線復合材料進行多步煅燒，得到鉍/碳納米線復合材料；

S3、將步驟S2中得到的鉍/碳納米線復合材料在氧氣氛下氧化，得到三氧化二鉍/碳納米線復合材料；

S4、將步驟S3中得到的三氧化二鉍/碳納米線復合材料在真空下硫化，經溶劑B清洗后得到硫化鉍單晶/碳納米線復合材料。

優選地，步驟S1中，所述聚合物為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇和聚丙烯腈中的一種或多種，所述鉍鹽為硝酸鉍、氯化鉍和乙酸鉍中的一種或多種，所述溶劑A為N,N-二甲基甲酰胺或水。

優選地，步驟S1中，所述聚合物、溶劑A和鉍鹽的質量比為(0.8-1.2):(5-12):(1.0-1.5)。

優選地，步驟S2中，所述多步煅燒具體包括：第一步，在280℃-350℃溫度下煅燒1h-3h；第二步，在450℃-650℃溫度下煅燒6h-8h；第三步，在750℃-850℃溫度下煅燒2h-4h。

優選地，步驟S3中，所述氧化的氧氣流量為5mL/min-25mL/min。