[發明專利]鉍銅氧硒納米材料的制備方法

在審

• 申請號: 202210474735.2
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114940482A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 王金忠;張翔宇;任帥;高世勇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C01B19/00
• 分類號: C01B19/00;B82Y40/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

本發明公開了鉍銅氧硒納米材料的制備方法，所述方法采用簡單的水熱法，并輔以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)進行調控，得到了窄帶隙的鉍銅氧硒納米材料。水熱法操作簡單、反應可控，所制備的鉍銅氧硒納米材料尺寸小、均勻性和分散性好，呈現一個規則的四方納米片狀結構。這種納米結構帶來的界面散射效應使得鉍銅氧硒的熱導率降低，從而提高其熱電轉換效率，這對材料的熱電性能的提高具有重要的意義。

技術領域

本發明屬于納米熱電材料技術領域，具體涉及一種鉍銅氧硒納米材料的制備方法。

背景技術

進入21世紀以來，隨著全球工業化的發展，人類對能源的需求不斷增長，然而以化石燃料為代表的常規能源已面臨枯竭，所以發展新型、環境友好的可再生能源及能源轉換技術引起了世界各國的高度重視。熱電材料是一種利用塞貝克(Seebeck)效應將熱能和電能相互轉化的功能材料，通過熱電轉換裝置利用余熱、廢熱直接進行溫差發電，為解決能源緊缺和環境污染提供了廣闊的應用前景。

鉍銅氧硒(BiCuOSe)是近年來發現的一種新型氧化物熱電材料，具有較窄的帶隙(～0.8eV)和低的本征熱導率(～0.6Wm^-1K^-1，RT)，被認為是一種極具潛在應用前景的熱電轉換材料。BiCuOSe具有獨特的層狀晶體結構，由提供電子運輸通道的導電層(Cu₂Se₂)^2-層和作為聲子散射區域絕緣層(Bi₂O₂)²⁺層交替堆積而成，其中導電層對載流子的限域效應使材料具備大的塞貝克系數，同時絕緣層對聲子的散射導致其低的本征熱導率，這種固有優勢使得BiCuOSe具有較大的熱電優值ZT(ZT＝S²σT/κ，其中S、σ、κ分別為塞貝克系數、電導率和熱導率)。材料的ZT值越大，熱電器件的轉換效率越高。

在熱電材料的制備技術中，材料的納米化對其熱電性能的改善具備顯著優勢。研究表明，納米材料的量子限制效應以及多層界面聲子散射效應不僅能夠顯著降低材料的聲子熱導率，同時又不會明顯降低材料的電導率，有望大幅度提高材料熱電性能。采用水熱法制備的鉍銅氧硒納米材料具有尺寸小、分散性好等優勢，但目前相關研究較少。

發明內容

本發明的目的是提供一種鉍銅氧硒納米材料的制備方法。本發明利用簡單的水熱法在表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的調控下制備了窄帶隙的鉍銅氧硒納米材料，該材料呈現了一種表面平坦、均勻性好且無明顯團聚的規則四方片狀結構。

為了實現上述目的，本發明采取如下技術方案：

一種鉍銅氧硒納米材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、向PVP溶液中加入Bi(NO₃)₃·5H₂O、Cu(CH₃COO)₂·H₂O和混合鹽，得到混合溶液A；其中，混合鹽包括LiNO₃與KNO₃；

步驟二、向NaOH溶液中加入Se粉和無水Na₂SO₃，加熱后得到混合溶液B；其中所述Bi(NO₃)₃·5H₂O、Cu(CH₃COO)₂·H₂O和Se粉的摩爾比為1:1:1；

步驟三、將混合溶液A和混合溶液B混合在一起作為前驅體溶液，通過水熱法制備得到BiCuOSe納米材料。

進一步限定，所述PVP溶液的濃度為0.035～0.040g/mL，NaOH溶液的濃度為0.04～0.06g/mL，PVP溶液和NaOH溶液的體積比為1:1。