專利名稱：混合溶劑熱制備單晶三硫化二鉍納米線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)材料中三硫化二鉍納米晶的制備技術(shù)，特別是一種混合溶劑熱制備 單晶三硫化二鉍納米線的方法。
背景技術(shù)：
V2Vl3族硫?qū)倩衔锸且活愔匾陌雽?dǎo)體材料，被廣泛地應(yīng)用于熱電器件、電子和 光電子器件、紅外探測(cè)等領(lǐng)域。其中，三硫化二鉍作為層狀半導(dǎo)體材料，它的能帶間隙
約為1.3eV，可用于發(fā)光二極管及伏特計(jì)中的光電轉(zhuǎn)換器。另外，基于三硫化二鉍所表
現(xiàn)出來的Peltier效應(yīng)，它還是熱電冷卻技術(shù)中的一種重要固體材料。由于納米材料的表
面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，使得納米材料在光學(xué)、磁學(xué)、電
學(xué)等方面表現(xiàn)出奇異特性。因此，制備低維三硫化二鉍單晶納米材料對(duì)提高材料的性能 和開辟其新的應(yīng)用具有重要意義。
目前，三硫化二鉍納米材料的常用制備方法有金屬有機(jī)前驅(qū)物熱解法、單質(zhì)高溫直 接合成法、微波輻照法和超聲化學(xué)法等。其中有機(jī)前驅(qū)物熱解法過程復(fù)雜，另外一般高 溫合成路線對(duì)于產(chǎn)品的尺寸和均勻性很難控制，且產(chǎn)品多為不均勻納米顆粒(Chemistry ofMaterials， 2001 (13)， 2103-2111);而微波輻照法和超聲化學(xué)法所合成的樣品多為多 晶態(tài)(J. Phys. Chem. B, 2002 (106); 3848-3854)，對(duì)于一維單晶三硫化二鉍納米材料的制 備鮮有報(bào)導(dǎo)。因此，探索和開發(fā)操作簡(jiǎn)單、成本低廉的工藝路線來制備一維單晶三硫化 二鉍納米材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也引起了物理、化學(xué)和材料學(xué)家們的高度重視。最 近液相化學(xué)合成技術(shù)也被運(yùn)用到三硫化二鉍納米材料的制備，并成功得到了一系列一維 納米結(jié)構(gòu)的三硫化二鉍，包括納米棒、納米線以及納米棒的多級(jí)結(jié)構(gòu)(Matertials Research Bulletin 1998 (33), 1661; Journal of Crystal Growth 2001 (233)， 799 )。但是該技術(shù)的過 程復(fù)雜，成本高產(chǎn)率低，而且形貌均一性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用混合溶劑熱合成方法，該方法大量合成形貌均一的 三硫化二鉍單晶納米線。 .
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為 一種混合溶劑熱制備單晶三硫化二鉍納米線的 方法，步驟如下(1) 以分析純的Bi(N03)3'5H20為原料，在容器中將Bi(N03)3'5H20加入到無水乙 醇中，并攪拌均勻；
(2) 在攪拌的情況下，加入分析純二硫化碳，然后將得到的混合物轉(zhuǎn)移至密閉加 熱容器中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)；
(3) 將步驟(2)中所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇洗漆，真空干燥，制得三硫化 二鉍單晶納米線。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為(1)以硝酸鉍為原料，采用乙醇和二硫化 碳作為混合溶劑，利用溶劑熱的方法，能制備出大量的三硫化二鉍單晶納米線，產(chǎn)量在 95%以上。(2) 二硫化碳既是硫源，又作為反應(yīng)溶劑，為三硫化二鉍晶體在一維方向上 的充分生長(zhǎng)提供了合適的化學(xué)合成環(huán)境。(3)該方法原料廉價(jià)易得，產(chǎn)品形貌均一，工 藝過程簡(jiǎn)單，易于操作，可調(diào)控性強(qiáng)。 '
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明制備的Bi2S3納米線的XRD圖。 圖2為本發(fā)明制備的Bi2S3納米線的FESEM和HRTEM照片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明混合溶劑熱制備單晶三硫化二鉍納米線的方法，按如下步驟進(jìn)行
(1) 以市售分析純的Bi(N03)3'5H20為原料，在容器中將Bi(N03)3'5H20加入到無 水乙醇中，并攪拌均勻；
(2) 在攪拌的情況下，加入市售分析純二硫化碳，其中各物質(zhì)的比例關(guān)系 Bi(N03)y5H20物質(zhì)的量(mmol):無水乙醇體積(mL): 二硫化碳體積(mL)為(1~5):
(5~10): (40~80)。然后將得到的混合物轉(zhuǎn)移至密閉加熱容器中，在120—16(TC條件 下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，加熱時(shí)間為10—24小時(shí)；
(3) 將步驟(2)中所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇洗滌，在60—8(TC溫度下真空 干燥，制得三硫化二鉍單晶納米線的黑色粉末。
實(shí)施例1
取1 mmol市售分析純的Bi(N03)y5H20置于燒杯中，加入5毫升無水乙醇，攪拌， 然后加入40毫升二硫化碳，攪拌后，。將所得混合物轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中。 充分?jǐn)嚢韬?，將高壓釜封緊，放入2(TC烘箱中反應(yīng)10小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，取出高壓釜自然冷卻至室溫，將最終產(chǎn)物過濾，再分別用適量去離子水、無水乙醇洗滌數(shù)次，在60°C 真空干燥8小時(shí)，制得三硫化二鉍單晶納米線，產(chǎn)率為96.5%。 實(shí)施例2
取2mmol分析純的Bi(N03)3'5H20置于燒杯中，加入10毫升無水乙醇，攪拌，然 后加入40毫升二硫化碳，攪拌后，將所得混合物轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中。 充分?jǐn)嚢韬螅瑢⒏邏焊饩o，放入12(TC烘箱中反應(yīng)12小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，取出高壓釜 自然冷卻至室溫，將最終產(chǎn)物過濾，再分別用適量去離子水、無水乙醇洗滌數(shù)次，在60°C 真空干燥8小時(shí)，制得三硫化二鉍單晶納米線，產(chǎn)率為95.8%。
實(shí)施例3
取2 mmol分析純的Bi(N03)y5H20置于燒杯中，加入8毫升無水乙醇，攪拌，然 后加入60毫升二硫化碳，攪拌后，將所得混合物轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中。 充分?jǐn)嚢韬?，將高壓釜封緊，放入14(TC烘箱中反應(yīng)20小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，取出高壓釜 自然冷卻至室溫，將最終產(chǎn)物過濾，再分別用適量去離子水、無水乙醇洗滌數(shù)次，在6(TC 真空干燥8小時(shí)，制得三硫化二鉍單晶納米線，產(chǎn)率為97.5%。
實(shí)施例4
取5mmol分析純的Bi(N03)3.5H20置于燒杯中，加入10毫升無水乙醇，攪拌，然 后加入80毫升二硫化碳，攪拌后，將所得混合物轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中。 充分?jǐn)嚢韬?，將高壓釜封緊，放入16(TC烘箱中反應(yīng)24小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，取出高壓釜 自然冷卻至室溫，將最終產(chǎn)物過濾，再分別用適量去離子水、無水乙醇洗滌數(shù)次，在60°C 真空干燥8小時(shí)，制得三硫化二鉍單晶納米線，產(chǎn)率為96.6%。
本發(fā)明制備的Bi2S3納米線經(jīng)XRD測(cè)定，如圖1所示。結(jié)果表明它為純的正交相 Bi2S3。所有衍射峰都與文獻(xiàn)值相匹配[參見Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS), File No. 17-0320.]，沒有發(fā)現(xiàn)其它雜質(zhì)峰，表明產(chǎn)品具有比較高的純 度。
通過FESEM照片(圖2a)和HRTEM照片(圖2b)照片，觀察到由本發(fā)明所制備 的Bi2S3為直徑20 50nm，長(zhǎng)度為數(shù)十個(gè)微米的單晶納米線，產(chǎn)品形貌均一。其中，二 硫化碳既是硫源，又作為反應(yīng)溶劑，為三硫化二鉍晶體在一維方向上的充分生長(zhǎng)提供了 合適的化學(xué)合成環(huán)境。
權(quán)利要求
1、一種混合溶劑熱制備單晶三硫化二鉍納米線的方法，其特征在于步驟如下(1)以分析純的Bi(NO3)3·5H2O為原料，在容器中將Bi(NO3)3·5H2O加入到無水乙醇中，并攪拌均勻；(2)在攪拌的情況下，加入分析純二硫化碳，然后將得到的混合物轉(zhuǎn)移至密閉加熱容器中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)；(3)將步驟(2)中所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇洗滌，真空干燥，制得三硫化二鉍單晶納米線。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合溶劑熱制備單晶三硫化二鉍納米線的方法，其特征 在于各物質(zhì)的比例關(guān)系為Bi(N03)3.5H20物質(zhì)的量(mmol):無水乙醇體積(mL): 二 硫化碳體積(mL)為(1~5): (5~10): (40~80)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合溶劑熱制備單晶三硫化二鉍納米線的方法，其特征 在于步驟(2)中的溶劑熱反應(yīng)在120 160。C的溫度條件下進(jìn)行。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合溶劑熱制備單晶三硫化二鉍納米線的方法，其特征 在于步驟(2)中的溶劑熱反應(yīng)時(shí)間為10 24小時(shí)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合溶劑熱制備單晶三硫化二鉍納米線的方法，其特征 在于真空干燥的溫度為60 8(TC。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合溶劑熱制備單晶三硫化二鉍納米線的方法。該方法以分析純的Bi(NO₃)₃·5H₂O為原料，在容器中將Bi(NO₃)₃·5H₂O加入到無水乙醇中，并攪拌均勻；在攪拌的情況下，加入分析純二硫化碳，然后將得到的混合物轉(zhuǎn)移至密閉加熱容器中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)；將得到的產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇洗滌，真空干燥，制得三硫化二鉍單晶納米線。本發(fā)明以硝酸鉍為原料，采用乙醇和二硫化碳作為混合溶劑，利用溶劑熱的方法，能制備出大量的三硫化二鉍單晶納米線，產(chǎn)量在95％以上；二硫化碳既是硫源，又作為反應(yīng)溶劑，為三硫化二鉍晶體在一維方向上的充分生長(zhǎng)提供了合適的化學(xué)合成環(huán)境；該方法原料廉價(jià)易得，產(chǎn)品形貌均一，工藝過程簡(jiǎn)單，易于操作，可調(diào)控性強(qiáng)。
文檔編號(hào)C30B29/46GK101619495SQ200810122838
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者房國(guó)麗, 李躍林, 雄 王, 譚雄玉, 光 陳 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué);郴州雄風(fēng)稀貴金屬材料股份有限公司