一种锑化铟纳米线的溶液相合成方法
【专利摘要】本发明公开了一种锑化铟纳米线的溶液相合成方法，其特征在于：以铟源和锑源为反应原料，在由十八烯和有机胺构成的反应介质中加热到100～120℃，获得混合液；将混合液升温至160～220℃，加入溶解在油胺和有机膦中的甲硼烷?叔丁胺络合物并反应；反应结束后，用甲苯和无水乙醇洗涤产物，离心分离，即得结晶性好，形貌较均匀的锑化铟纳米线。本发明的溶液相合成方法工艺简单、反应条件温和，适合于放大生产。
【专利说明】
一种锑化铟纳米线的溶液相合成方法
技术领域
[0001 ]本发明属于无机化合物纳米材料技术领域，具体涉及一种溶液相合成铺化铟纳米线的方法。
【背景技术】
[0002]锑化铟(InSb)是一种重要的II1-V族化合物半导体，锑化铟块体材料具有很小的带隙宽度(0.17eV)、很高的电子迀移率(78000cm2/V.s)和很大的波尔激子半径(60nm)，这些性质使其在高速场效应晶体管、磁传感器、红外探测器等领域有着广泛的应用前景。此夕卜，与锑化铟块体材料相比，锑化铟纳米线由于具有与尺寸相关联的量子限制效应、各向异性的几何结构、良好的电子传输特性和较大的比表面积，从而可能展现出比锑化铟块体材料更加优越的性质。为了尽可能的满足这些应用，发展一种简易有效的锑化铟纳米线的合成方法迫在眉睫。
[0003]现有技术方案中，制备锑化铟纳米线的方法主要为化学气相合成法(CVD)(Nan0letters 2012,12,1794；Nanotechnology 2009,20,495606；Nature materials 2004,3,769)。采用CVD制备的锑化铟纳米线虽然形貌较均匀，但其直径粗、常常大于其波尔激子半径，且整个合成过程中往往需要较高的温度和较昂贵的真空设备，其能耗较大，产品成本较尚O
【发明内容】
[0004]本发明是针对化学气相合成方法中所存在的问题，提供一种锑化铟纳米线的溶液相合成新方法，其合成温度低，工艺简单，合成速度快。
[0005]本发明解决技术问题，采用如下技术方案:
[0006]本发明锑化铟纳米线的溶液相合成方法，其特点在于:
[0007]以铟源和锑源为反应原料，在由十八烯和有机胺构成的反应介质中加热到100?120°C，获得混合液;将所述混合液升温至160?220V，加入溶解在油胺和三辛基膦中的甲硼烷-叔丁胺络合物并反应;反应结束后，用甲苯和无水乙醇洗涤产物，离心分离，即得结晶性好、形貌均匀的锑化铟纳米线;将所得产物分散到无水乙醇中保存。
[0008]其中:所述铟源和锑源的摩尔比为I?1.5:1;所述甲硼烷-叔丁胺络合物与锑源的摩尔比为10?15:1。
[0009]本发明锑化铟纳米线的溶液相合成方法，具体是按如下步骤进行:
[0010]步骤1:按配比将铟源和锑源溶解到二苄醚溶剂中，获得混合液A;
[0011 ]步骤2:将十八烯和有机胺混合均匀，构成反应介质；将步骤I获得的混合液A加入到反应介质中，在惰性气体保护下加热到100?120 °C，除去水分和低沸点杂质，获得混合液B；
[0012]步骤3:将甲硼烷-叔丁胺络合物溶解在油胺和三辛基膦中，获得混合液C;
[0013]步骤4:将步骤2获得的混合液B加热到160?220 V，然后将步骤3获得的混合液C快速注入到混合液B中，反应5?60min，自然冷却至室温；
[0014]步骤5:用甲苯和无水乙醇洗涤产物，离心分离，即得到锑化铟纳米线。
[0015]所述铟源选自氧化铟、乙酰丙酮铟、三氯化铟、硝酸铟或醋酸铟中的一种或多种。所述锑源选自氧化锑、三苯基锑、三氯化锑或醋酸锑中的一种或多种。所述有机胺选自油胺、十八胺或十六胺中的一种或多种。
[0016]所述有机胺与所述铟源的摩尔比为5?20:1;所述有机胺与所述十八烯的摩尔比为I?10:1;所述三辛基膦与所述油胺的体积比为I?4:1。
[0017]本发明制备出的InSb纳米线为闪锌矿结构InSb，平均直径为50nm、长度为5?10μm。从产品的透射电镜图、高分辨透射电镜图、选区电子衍射图可以看出本发明方法所得InSb纳米线是沿[111]方向生长的具有孪晶结构的纳米线，且产品结晶性好、形貌较均匀。
[0018]本发明中由于甲硼烷-叔丁胺络合物具有还原性，在一定条件下能把Sb3+还原成Sb3—，Sb3—与In3+作用继而生长InSb纳米线。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果体现在:
[0020]1、本发明采用常见的前驱体为原料，通过溶液相合成制备出了结晶性好、形貌较均匀、直径小的锑化铟纳米线，无需中间步骤合成，操作方便。
[0021]2、不同于传统的化学气相合成方法，本发明方法反应条件温和、设备简单、生长周期短、晶体产率高，可用于大规模工业化生产。
【附图说明】
[0022]图1是实施例1所得InSb纳米线的XRD图，从图中可以看出产物为闪锌矿结构InSb。
[0023]图2是实施例1所得InSb纳米线的透射电镜照片。
[0024]图3是实施例1所得InSb纳米线的高分辨透射电镜照片，从图中可以看出所得InSb纳米线具有孪晶结构且结晶性良好。
[0025]图4是实施例1所得InSb纳米线的选区电子衍射图，从图中可以看出所得InSb纳米线沿[111]方向生长。
[0026]图5是实施例2所得InSb纳米线的透射电镜照片。
[0027]图6是实施例3所得InSb纳米线的透射电镜照片。
[0028]图7是实施例4所得InSb纳米线的透射电镜照片。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图通过实施例对本发明作进一步具体详细的说明，此处应理解，这些实例只用于说明本发明，并不限制本发明。
[0030]实施例1:
[0031 ]本实施例按如下步骤合成铺化铟纳米线:
[0032]称取0.0206g乙酰丙酮铟、0.0176g三苯基锑加入到ImL二苄醚中，超声使其完全溶解，得到混合液A;在50mL三颈烧瓶中加入0.121g十六胺和1mL十八烯，室温下超声作用使十六胺完全溶解在十八烯中，得到反应介质;将混合液A小心转移到盛有反应介质的50mL三颈烧瓶中，然后通入氩气，在搅拌条件下将反应物加热至120°C，保持45min去除水分和其它低沸点的杂质，得到混合液B ；在此期间，将0.5mL油胺、1.5mL三辛基膦和0.109g甲硼烷-叔丁胺络合物混合，获得混合液C;当三颈烧瓶加热到180 0C时，将混合液C快速注入到三颈烧瓶中，并保持180°C反应60min。反应结束后，自然冷却至室温，将得到的产物用甲苯和无水乙醇洗涤多次，即得到InSb纳米线，将产物分散到无水乙醇中备用。
[0033]图1是本实施例所得到InSb纳米线的XRD图，从图中可以看出产物为闪锌矿结构InSb0
[0034]图2是本实施例所得到InSb纳米线的透射电镜照片，从图中可以看出产物为纳米线，形貌均匀。
[0035]图3是本实施例所得到InSb纳米线的高分辨透射电镜照片，从图中可以看出所得InSb纳米线具有孪晶结构且结晶性良好。
[0036]图4是本实施例所得到InSb纳米线的选区电子衍射图，从图中可以看出所得InSb纳米线沿[111]方向生长。
[0037]实施例2:
[0038]本实施例按如下步骤合成锑化铟纳米线:
[0039]称取0.0206g乙酰丙酮铟、0.0176g三苯基锑加入到ImL二苄醚中，超声使其完全溶解得到混合液A;在50mL三颈烧瓶中加入0.0605g十六胺和1mL十八烯，室温下超声作用使十六胺完全溶解在十八烯中，得到反应介质;将混合液A小心转移到盛有反应介质的50mL三颈烧瓶中，然后通入氩气，在搅拌条件下将反应物加热至120°C，保持45min去除水分和其它低沸点的杂质，得到混合液B ；在此期间，将0.5mL油胺、1.5mL三辛基膦和0.109g甲硼烷-叔丁胺络合物混合，获得混合液C;当三颈烧瓶加热到180 0C时，将混合液C快速注入到三颈烧瓶中，并保持180°C反应60min。反应结束后，自然冷却至室温，将得到的产物用甲苯和无水乙醇洗涤多次，即得到InSb纳米线，将产物分散到无水乙醇中备用。
[0040]图5是本实施例所得到InSb纳米线的透射电镜照片，从图中可以看出产物为纳米线，形貌均匀。
[0041 ] 实施例3:
[0042]本实施例按如下步骤合成铺化铟纳米线:
[0043]称取0.0206g乙酰丙酮铟、0.0176g三苯基锑加入到ImL二苄醚中，超声使其完全溶解，得到混合液A;在50mL三颈烧瓶中加入0.242g十六胺和1mL十八烯，室温下超声作用使十六胺完全溶解在十八烯中，得到反应介质;并将混合液A小心转移到盛有反应介质的50mL三颈烧瓶中，然后通入氩气，在搅拌条件下将反应物加热至120°C，保持45min去除水分和其它低沸点的杂质，得到混合液B ；在此期间，将0.5mL油胺、1.5mL三辛基膦和0.109g甲硼烷-叔丁胺络合物混合，获得混合液C;当三颈烧瓶加热到180 0C时，将混合液C快速注入到三颈烧瓶中，并保持180°C反应60min。反应结束后，自然冷却至室温，将得到的产物用甲苯和无水乙醇洗涤多次，即得到InSb纳米线，将产物分散到无水乙醇中备用。
[0044]图6是本实施例所得到InSb纳米线的透射电镜照片，从图中可以看出产物为纳米线，形貌均匀。
[0045]实施例4:
[0046]本实施例按如下步骤合成铺化铟纳米线:
[0047]称取0.0206g乙酰丙酮铟、0.0221g三苯基锑加入到ImL二苄醚中，超声使其完全溶解，得到混合液A;在50mL三颈烧瓶中加入0.121g十六胺和1mL十八烯，室温下超声作用使十六胺完全溶解在十八烯中，得到反应介质;将混合液A小心转移到盛有反应介质的50mL三颈烧瓶中，然后通入氩气，在搅拌条件下将反应物加热至120°C，保持45min去除水分和其它低沸点的杂质，得到混合液B ；在此期间，将0.5mL油胺，1.5mL三辛基膦和0.109g甲硼烷-叔丁胺络合物混合，获得混合液C;当三颈烧瓶加热到180 0C时，将混合液C快速注入到三颈烧瓶中，并保持180°C反应60min。反应结束后，自然冷却至室温，将得到的产物用甲苯和无水乙醇洗涤多次，即得到InSb纳米线，将产物分散到无水乙醇中备用。
[0048]图7是本实施例所得到InSb纳米线的透射电镜照片，从图中可以看出产物为纳米线，形貌均匀。
【主权项】
1.一种锑化铟纳米线的溶液相合成方法，其特征在于: 以铟源和锑源为反应原料，在由十八烯和有机胺构成的反应介质中加热到100?1200C，获得混合液;将所述混合液升温至160?220°C，加入溶解在油胺和三辛基膦中的甲硼烷-叔丁胺络合物并反应;反应结束后，用甲苯和无水乙醇洗涤产物，离心分离，即得锑化铟纳米线； 所述铟源和锑源的摩尔比为I?1.5:1;所述甲硼烷-叔丁胺络合物与锑源的摩尔比为10 ?15:1。2.如权利要求1所述的锑化铟纳米线的溶液相合成方法，其特征在于按如下步骤进行: 步骤1:按配比将铟源和锑源溶解到二苄醚溶剂中，获得混合液A; 步骤2:将十八烯和有机胺混合均匀，构成反应介质；将步骤I获得的混合液A加入到反应介质中，在惰性气体保护下加热到100?120°C，除去水分和低沸点杂质，获得混合液B; 步骤3:将甲硼烷-叔丁胺络合物溶解在油胺和三辛基膦中，获得混合液C; 步骤4:将步骤2获得的混合液B加热到160?220 V，然后将步骤3获得的混合液C快速注入到混合液B中，反应5?60min，自然冷却至室温； 步骤5:用甲苯和无水乙醇洗涤产物，离心分离，即得到锑化铟纳米线。3.如权利要求1或2所述的锑化铟纳米线的溶液相合成方法，特征在于:所述铟源选自氧化铟、乙酰丙酮铟、三氯化铟、硝酸铟或醋酸铟中的一种或多种。4.如权利要求1或2所述的锑化铟纳米线的溶液相合成方法，特征在于:所述锑源选自氧化锑、三苯基锑、三氯化锑或醋酸锑中的一种或多种。5.如权利要求1或2所述的锑化铟纳米线的溶液相合成方法，特征在于:所述有机胺选自油胺、十八胺或十六胺中的一种或多种。6.如权利要求1或2所述的锑化铟纳米线的溶液相合成方法，特征在于:所述有机胺与所述铟源的摩尔比为5?20:1;所述有机胺与所述十八烯的摩尔比为I?10:1。7.如权利要求1或2所述的锑化铟纳米线的溶液相合成方法，特征在于:所述三辛基膦与所述油胺的体积比为I?4:1。
【文档编号】B22F9/24GK105965027SQ201610291285
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】杨晴, 钱银银
【申请人】中国科学技术大学