[發(fā)明專利]一種三元金屬硫系納米晶的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211050390.4
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115744976A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾濤;馬婷;葉濱;石宇星;陳云霞;施瑋;蘇小麗
• 申請（專利權(quán)）人: 景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)
• 主分類號: C01G29/00
• 分類號: C01G29/00;C01G15/00;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王儒

本發(fā)明提供了一種三元金屬硫系納米晶的制備方法，屬于納米材料合成技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以常用極性有機(jī)溶劑N,N二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基亞砜(DMSO)作為溶劑，在室溫條件下對合成目標(biāo)三元金屬硫系納米晶所用金屬鹽具有良好的溶解能力，保證了后續(xù)反應(yīng)的均相成核能力；同時(shí)以可調(diào)碳鏈的直鏈羧酸和直鏈胺為共混配體，調(diào)控反應(yīng)體系中金屬前驅(qū)體的反應(yīng)活性，該體系在室溫條件下加入硫源可以快速均勻成核，通過改變反應(yīng)體系溫度誘導(dǎo)三元金屬硫化物納米晶緩慢生長，可獲得尺寸大小可調(diào)、尺寸分布窄的目標(biāo)產(chǎn)物，所合成的納米晶材料可應(yīng)用于新型光電器件有源層。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料合成技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三元金屬硫系納米晶的制備方法。

背景技術(shù)

三元金屬硫系納米晶AgBiS₂、NaBiS₂及CuInS₂由于具有良好的光學(xué)性能和半導(dǎo)體特性常作為不同種類的光電器件的有源層材料使用，材料的純度和粒徑控制對器件的輸出性能至關(guān)重要。目前，高質(zhì)量器件級三元納米晶合成仍然為基于高沸點(diǎn)非配位型溶劑為主的熱注入工藝，如典型的長碳鏈的十八碳烯(簡稱ODE)。然而該種溶劑極性較弱，其自身對于大部分金屬有機(jī)鹽或無機(jī)鹽在室溫～60℃溫度區(qū)間內(nèi)溶解能力有限，為了制備均勻金屬原子/分子級別的反應(yīng)前驅(qū)體，需要加入額外配體(正三基氧膦、油胺、油酸等)輔助并在高溫條件下才能溶解形成指定的反應(yīng)前驅(qū)體。熱注入工藝是將目標(biāo)金屬鹽或氧化物在配體輔助下溶解在高沸點(diǎn)非配位溶劑制備陽離子源，在前者高速攪拌條件下再將陰離子源用注射器在極短時(shí)間內(nèi)注入到陽離子中，誘導(dǎo)反應(yīng)體系短時(shí)間大量成核，故將液相反應(yīng)中難以控制的成核與生長過程人為分開，目的在于改善反應(yīng)生成的納米顆粒的尺寸和均勻分布。在熱注入工藝中，上述配體(正三基氧膦、油胺、油酸等)對目標(biāo)金屬配位性強(qiáng)，可以控制納米晶在60℃以上陽離子源與陰離子源反應(yīng)成核活性，但多數(shù)金屬有機(jī)配體在室溫條件容易凝固析出，不利于反應(yīng)順利進(jìn)行。而且，需要在惰性氣體氛圍保護(hù)反應(yīng)前驅(qū)液，避免其在高溫條件下氧化失效而影響后續(xù)三元金屬硫系納米晶的合成質(zhì)量。重要的是，上述方法所制備的三元金屬硫系納米晶尺寸難以控制且尺寸分布寬，對材料后續(xù)在光電器件的中的應(yīng)用不利。例如G.Konstantatos小組在2016年報(bào)道的基于熱注射法制備AgBiS₂納米晶的尺寸為4.6±1nm，其尺寸偏差約為43％[DOI:10.1038/NPHOTON.2016.108-Bernechea M,Miller NC,Xercavins G,et al.Solution-processed solar cellsbased on environmentallyfriendly AgBiS₂ nanocrystals[J].Nature Photonics,2016,10(8):521-525.]；J.Vela報(bào)道的在100℃條件下合成NaBiS₂納米晶的尺寸偏差約為23％[DOI:10.1021/acs.chemmater.0c01689-Medina-Gonzalez A M,Rosales B A,Hamdeh U H,etal.Surface chemistry of ternary nanocrystals:engineering the deposition ofconductive NaBiS₂ films[J].Chemistry of Materials,2020,32(14):6085-6096.]；H.Teng等人報(bào)道的基于熱注入法制備的CuInS₂納米晶尺寸偏差也超過了20％[DOI:10.1039/B927279H-Li T L,Teng H.Solution synthesis of high-quality CuInS₂quantum dots as sensitizers for TiO₂ photoelectrodes[J].Journal of MaterialsChemistry,2010,20(18):3656-3664.]。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種三元金屬硫系納米晶的制備方法，所述方法制備的三元金屬硫系納米晶尺寸大小可調(diào)、尺寸分布窄。