专利名称：一种单质硒纳米带的合成方法
技术领域：
本发明属于纳米材料领域，特别是一种单质硒纳米带的制备方法。
背景技术：
单质硒是一种重要的元素半导体材料，具有低熔点( 490K)、高的光导率( SXlO4S cm—1)、高化学活性及非线性光学响应等性质，可用于太阳能电池、整流器、硒鼓等 光电子学领域，同时也是合成其他硒化物的首选材料。近年来，一维纳米材料(如纳米线、 纳米棒、纳米带和纳米管)由于其优越的物理、化学特性及其在纳米器件领域的潜在应用， 已成为纳米材料研究和关注的热点。合成单质硒一维纳米材料的方法通常包括液相合成技术、气相沉积(CVD)和微乳 液法等。例如，C. N. R. Rao等分别通过NaBH4还原硒粉和[(CH3)W4Ge4Seltl热解技术得到单 质硒的纳米棒和纳米线(U. K. Gautam, M. Nath and C. N. R. Rao, J. Mater. Chem.，2003，13， 2845.)。L. Qi等在非离子表面活性剂的胶束溶液中制得硒的一维纳米材料(Y. Ma, L. Qi, J. Ma and H. Cheng, Adv. Mater.，2004，16，1023.)。尤其 Y. N. Xia 小组在利用水合胼作为 还原剂制备一维硒纳米材料的研究中做了一系列卓越的工作(B. Gates，Y. Yin and Y. Xia, J. Am. Chem. Soc. , 2000,122,12582 ；B. Τ. Mayers, K. Liu, D. Sunderland and Y. Xia, Chem. Mater.，2003，15，3852)。其它的还原剂也被用来制备一维硒纳米材料，如利用葡萄糖还原 Na2SeO3制备单质硒纳米管(高濂，陈明海，中国专利:ZL200510024071. 6)；利用维生素C 还原 H2SeO3 制得单质硒纳米线(Q. Li and V. W. Yam, Chem. Commun.，2006，1006.)。以上研 究工作主要涉及纳米线、纳米管等一维单质硒纳米材料的合成，对于高质量硒纳米带的制 备技术研究却鲜有报道。Y. Xie等采用直接气相沉积技术在300°C制得硒纳米带(X.Cao， Y. Xie, S. Zhang and F. Li，Adv. Mater.，2004，16，649.) ；Y. Qian 等以 SeO2 为 Se 源、葡萄糖 为还原剂、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂，在160°C混合溶剂热条件下得到Se纳米带 (Q. Xie, Z. Dai，W. Huang，W. Zhang，D. Ma, X. Hu, Y. Qian，Cryst. Growth Design，2006，6 (6)， 1514.)。但这些方法仍然存在设备要求较高、工艺复杂、使用表面活性剂导向等诸多问题和 不足，亟待开发安全、使用、简单的硒纳米带合成技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的纳米材料合成方法，它是一种通过低聚糖一步还 原制备单质硒纳米带的方法，具有工艺简单、还原剂环境友好、无需其它表面活性剂和模板 等优点。实现本发明目的的技术解决方案为一种单质硒纳米带的合成方法，步骤如下第一步以亚硒酸钠为硒源，以β _环糊精为还原剂，混合搅拌并溶于蒸馏水得到 透明混合溶液；第二步在搅拌下，将第一步所得透明混合溶液转移到反应釜内进行水热反应；第三步将第二步中所得产物用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，真空干燥后，制得带状单质硒纳米材料。本发明与现有技术相比，其显著优点(1)以低聚糖β-环糊精作为还原剂，绿色 环保，还原性能温和，易于控制，避免使用剧毒、危险性大的还原剂，如NaBH4或水合胼等； (2)反应过程无需添加表面活性剂或其他任何模板，温和的反应体系为一维纳米材料的生 长提供了合适的环境；(3)实验工艺路线简单、操作便利；(4)所合成单质硒纳米带产率高， 纳米带宽度50 80nm，厚5 30nm，长度达数十微米以上，长径比大，为结晶完好的单晶。
图1为本发明所制备单质硒纳米粉体XRD图谱。图2为本发明所制备单质硒纳米带的TEM和FESEM照片，其中(a)为TEM照片，(b) 为FESEM照片。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。本发明是一种通过低聚糖一步还原制备单质硒纳米带的方法。具有工艺简单、还 原剂环境友好、无需其它表面活性剂和模板等优点。本发明一种单质硒纳米带的合成方法，以亚硒酸钠为硒源，以β-环糊精为还原 剂，在水溶液体系通过水热反应一步制得单质硒的纳米带。具体步骤如下第一步将摩尔比为1 0. 5 1 5的市售分析出亚硒酸钠和β _环糊精溶于 蒸馏水，形成无色透明溶液；将该溶液转移至带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜内，加蒸 馏水至总体积的50-80%，密闭，拧紧。第二步将反应釜放入恒温烘箱内，设置反应温度为140 180°C，反应时间为 6 18小时。第三步将第二步中所得产物离心分离，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤3 5次。 最后于真空烘箱内50 80°C真空干燥。下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。实施例1配制摩尔比为1 2的亚硒酸钠和β -环糊精混合溶液，分别称取0. 005mol分析 纯亚硒酸钠和0. Olmol β -环糊精溶于蒸馏水，将所得澄清溶液转移至聚四氟乙烯内衬的 不锈钢高压釜内，加蒸馏水至总容积的80%。充分搅拌后，将高压釜拧紧，放入160°C恒温 烘箱中反应12h。反应结束后，取出反应釜，使其自然冷却。随后将釜内沉淀物过滤，用蒸馏 水洗涤三次，再用无水乙醇洗涤两次。最后将样品于真空烘箱中60°C干燥4h，制得单质硒 纳米带。图1为本实施例所制备单质硒纳米带的X射线衍射图谱，图中所有衍射峰都可以指 标为三方相单质硒的标准粉末衍射数据[参见Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS)，File No. 06-0362]，未发现任何杂质的衍射峰。图2为所合成样品的 透射电镜照片和场发射扫描电镜照片，可发现单质硒呈现一维带状形貌，纳米带宽60 90nm，厚10 20nm，长度达数十微米以上，均超出了照片中的视野范围。实施例2配制摩尔比为1 0.5的亚硒酸钠和β-环糊精溶于蒸馏水，将所得澄清溶液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜内，加蒸馏水至总容积的80%。充分搅拌后，将高压釜 拧紧，放入140°C恒温烘箱中反应18h。反应结束后，取出反应釜，使其自然冷却。随后将釜 内沉淀物过滤，用蒸馏水洗涤三次，再用无水乙醇洗涤两次。最后将样品于真空烘箱中50°C 干燥6h，制得单质硒纳米带。单质硒纳米带宽60 80nm，厚10 20nm，长度达数十微米以 上。实施例3配制摩尔比为1 3的亚硒酸钠和β-环糊精溶于蒸馏水，将所得澄清溶液转移 至聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜内，加蒸馏水至总容积的50%。充分搅拌后，将高压釜拧 紧，放入180°C恒温烘箱中反应6h。反应结束后，取出反应釜，使其自然冷却。随后将釜内 沉淀物过滤，用蒸馏水洗涤三次，再用无水乙醇洗涤两次。最后将样品于真空烘箱中70°C干 燥4h，制得单质硒纳米带。单质硒纳米带宽60 90nm，厚10 30nm，长度达数十微米以 上。实施例4配制摩尔比为1 5的亚硒酸钠和β-环糊精溶于蒸馏水，将所得澄清溶液转移 至聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜内，加蒸馏水至总容积的70%。充分搅拌后，将高压釜拧 紧，放入150°C恒温烘箱中反应16h。反应结束后，取出反应釜，使其自然冷却。随后将釜内 沉淀物过滤，用蒸馏水洗涤三次，再用无水乙醇洗涤两次。最后将样品于真空烘箱中60°C干 燥4h，制得单质硒纳米带。单质硒纳米带宽60 70nm，厚10 20nm，长度达数十微米以 上。实施例5配制摩尔比为1 4的亚硒酸钠和β-环糊精溶于蒸馏水，将所得澄清溶液转移 至聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜内，加蒸馏水至总容积的60%。充分搅拌后，将高压釜拧 紧，放入160°C恒温烘箱中反应8h。反应结束后，取出反应釜，使其自然冷却。随后将釜内 沉淀物过滤，用蒸馏水洗涤三次，再用无水乙醇洗涤两次。最后将样品于真空烘箱中50°C 干燥6h，制得单质硒纳米带。单质硒纳米带宽60 70nm，厚5 lOnm，长度达数十微米以 上。
权利要求
一种单质硒纳米带的合成方法，其特征在于步骤如下第一步以亚硒酸钠为硒源，以β-环糊精为还原剂，混合搅拌并溶于蒸馏水得到透明混合溶液；第二步在搅拌下，将第一步所得透明混合溶液转移到反应釜内进行水热反应；第三步将第二步中所得产物用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，真空干燥后，制得带状单质硒纳米材料。
2.根据权利要求1所述的单质硒纳米带的合成方法，，其特征在于第一步中反应物亚 硒酸钠和β-环糊精的摩尔比为1 0. 5 1 5。
3.根据权利要求1所述的单质硒纳米带的合成方法，，其特征在于第二步中的水热反 应在140 180°C的温度条件下进行。
4.根据权利要求1所述的单质硒纳米带的合成方法，，其特征在于第二步中的水热反 应在时间为6 18小时。
5.根据权利要求1所述的单质硒纳米带的合成方法，，其特征在于第二步中的透明混 合溶液转移到反应釜内，至反应釜总容积的50-80%。
6.根据权利要求1所述的单质硒纳米带的合成方法，，其特征在于第二步中的反应釜 为聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜。
全文摘要
本发明公开了一种液相还原制备单质硒纳米带的方法。具体步骤为以亚硒酸钠为硒源，以低聚糖β-环糊精作为还原剂，通过水热反应一步制得一维单质硒纳米带。在反应过程无需添加表面活性剂或其他任何模板，140～180℃水热反应6～18小时后制得宽度50～80nm，厚10～30nm，长度达数十微米以上的单质硒单晶纳米带，材料结晶完好。β-环糊精温和的还原能力和水热反应体系为单质硒在一维方向上的充分生长提供了合适的环境。本方法具有工艺路线简单、操作便利、还原剂环境友好等特点。
文档编号C01B19/02GK101885475SQ20101023584
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者林颖, 王雄, 郇宇 申请人:南京理工大学