专利名称：微波法制备Bi的制作方法
技术领域：
本发明涉及碲化铋纳米晶的制法。具体地说，是用微波辅助的多羟基法制备Bi2Te3纳米晶。
背景技术：
V-VI族(尤其是V2VI3型)硫属化合物是一类重要的半导体材料，被广泛地应用于热电器件、电子和光电子器件、红外探测等领域。这类物质中，Bi-Te基材料，尤其是Bi2Te3，是目前已知的在室温区性能最好的热电材料[参见(a)A.Boyer，E.Cisse，Mater.Sci.Engine.B，1992，113，103.(b)F.J.DiSalvo，Science，1999，285，703.]，但其制冷效率仍不足以取代目前仍被广泛使用的压缩机。然而近来的理论[参见(a)L.D.Hicks，M.S Dresselhaus，Phys.Rev.B 1993，47，12727.(b)L.D.Hicks，M.SDresselhaus，Phys.Rev.B 1993，47，16631.]和实验[参见S.H.Yu，M.Yoshimura，Adv.Mater.，2002，14，296.]的结果都表明纳米结构的热电材料由于量子效应将导致其性能的大幅度提高。因此，纳米结构的热电材料的制备成为近来的一个研究热点。
金属硫属化合物通常是用熔融法制备将适量的纯的元素单质混合后封于真空石英管中，于高温(通常500-600℃)下熔融反应。其他的合成方法多数由于涉及昂贵复杂的金属有机前驱体[参见(a)C.B.Murray，D.J.Norris and M.G.Bawendi，J.Am.Chem.Soc.，1993，115，8706.(b)C.Jones，Chem.Soc.Rev，1997，101.(c)K.Vernam，T.B.Rauchfuss and S.R.Wilson，Inorg.Chem.，1995，34，3072.]及/或有毒的H2S，H2Se，H2Te气体[参见L.C.Roof and J.W.Kolis，Chem.Rev.，1993，93，1037.]而受到限制。最近，一些较简便的方法也被用于制备Bi-Te基材料，如化学合金法[参见M.Toprak，Y.Zhang and M.Muhammed，Mater.Lett.，2003，57，3976-3982小机械合金法[参见S.Hu，X.Zhao and T.Zhu，Rare MetalMater.Engine.，2002，31(4)，287-290.]、溶剂热还原[参见(a)Y.Deng，C.Nan，G.Wei，L.Guo and Y.Lin，Chem.Phys.Lett.，2003，374(3-4)，410-415.(b)C.Wang，K.Tang，Q.Yang，J.Hu and Y.Qian，J.Mater.Chem.，2002，12(8)，2426-2429.(c)S.Yu，J.Yang，Y.Wu，Z.Han，J.Lu，Y.Xie and Y.Qian，J.Mater.Chem.，1998，8(9)，1949-1951.]、及电沉积法[参见(a)M.M.Gonzalez，G.Snyder，A.Prieto，R.Gronsky，T.Sands and A.Stacy，Nano Lett.，2003，3(7)，973-977.(b)M.M.Gonzalez，A.Prieto，M.Knox，R.Gronsky，T.Sands and A.Stacy，Chem.Mater.，2003，15(8)，1676-1681.(c)M.Sander，A.Prieto，R.Gronsky，T.Sands and A.Stacy，Adv.Mater.，2002，14(9)，665-667.]等。
发明内容
本发明的目的是提供一种的制备Bi2Te3纳米晶的方法。
本发明的技术方案如下一种制备Bi2Te3纳米晶的方法，它是将A mmol Bi(NO3)3a5H2O及(0.45-3)Ag KOH溶于(6～60)A毫升醇溶剂中，再加入1.5Ammol碲粉，在微波的作用下，在带有回流装置的反应器中反应0.5～16小时，将产物离心分离，沉淀用蒸馏水和乙醇依次洗涤，将所得的沉淀物置于真空和室温下干燥，得到黑色粉末，即得Bi2Te3纳米晶。
上述的方法中，所述的醇溶剂是乙二醇或丙三醇与水的混合物，其中水的体积分数为0-50％。
上述的方法中，所述的微波是频率为2.45GHz的微波。
本发明的Bi2Te3纳米晶经XRD测定，结果表明它为纯的六方相的Bi2Te3。峰的位置与强度都与文献值相匹配[参见Joint Committee on Powder DiffractionStandards(JCPDS)，File No 15-0863.]没有发现杂相峰，表明产品的纯度比较高。通过TEM照片，观察到本发明的Bi2Te3纳米晶是直径为20～50nm长度为200～400nm的Bi2Te3单晶纳米棒及边长为90～150nm的Bi2Te3单晶六方纳米片的混合物。
本发明的制备Bi2Te3纳米晶的方法原料简单易得、条件温和、耗时短、简便易行，所得的纳米晶为纯的六方相的Bi2Te3纳米晶。纳米晶是直径为20～50nm，长度为200～400nm的Bi2Te3单晶纳米棒及边长为90～150nm的Bi2Te3单晶六方纳米片的混合物。
四
图1为本发明的Bi2Te3纳米晶的XRD图；图2为本发明的Bi2Te3纳米晶的TEM照片和相应的选区电子衍射(SAED)图样。
五具体实施例方式
实施例1.Bi2Te3纳米晶的制备在100mL的圆底烧瓶中加入2mmol Bi(NO3)3a5H2O，2g KOH，及30毫升溶剂(丙三醇与水的混合物，醇与水的体积比为7/1)，配成无色透明的溶液，再加入3mmol碲粉，将此体系置于带有回流装置的微波炉中(工作频率2.45GHz；功率调为365W)反应1小时。反应结束后，有大量黑色粉状沉淀生成。将产物离心分离，依次用蒸馏水和乙醇洗涤几次，并将所得的沉淀物置于室温下抽真空干燥，得到黑色粉末Bi2Te3，0.74克，产率92％。粉末XRD结果(见附图1)表明该产品为纯的六方相的Bi2Te3。峰的位置与强度都与文献值相匹配[参见JointCommittee on Powder Diffraction Standards(JCPDS)，File No 15-0863.]。没有发现杂相峰，表明产品的纯度比较高。通过TEM照片(见附图2)观察到如此制备的Bi2Te3纳米晶是直径为20～50nm，长度为200～400nm的Bi2Te3单晶纳米棒及边长为90～150nm的Bi2Te3单晶六方纳米片的混合物，而且由选区电子衍射图样可进一步证实这些纳米晶为六方相的Bi2Te3单晶。
实施例2.Bi2Te3纳米晶的制备将KOH的量改为0.9g，溶剂为丙三醇与水的混合物，醇与水的体积比为4/1，反应时间为6h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi2Te3，0.73克。产率91％。
实施例3.Bi2Te3纳米晶的制备将KOH的量改为0.9g，溶剂为丙三醇与水的混合物，醇与水的体积比为7/1，反应时间为3h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi2Te3，0.74克。产率92％。
实施例4.Bi2Te3纳米晶的制备将KOH的量改为2g，溶剂改为乙二醇，反应时间为6h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi2Te3，0.75克。产率94％。
实施例5.Bi2Te3纳米晶的制备将KOH的量改为4g，溶剂改为乙二醇，反应时间为5h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi2Te3，0.76克。产率95％。
实施例6.Bi2Te3纳米晶的制备将Bi(NO3)3a5H2O的量改为0.5mmol，KOH的量改为0.5g，碲粉的量改为0.75mmol，溶剂改为丙三醇，30mL，反应时间为0.5h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi2Te3，0.18克，产率90％。
实施例7.Bi2Te3纳米晶的制备将Bi(NO3)3a5H2O的量改为5mmol，KOH的量改为10g，碲粉的量改为7.5mmol，溶剂为丙三醇与水的混合物，醇与水的体积比为1/1，30mL，反应时间为10h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi2Te3，1.93克，产率96％。
实施例8.Bi2Te3纳米晶的制备将Bi(NO3)3a5H2O的量改为3mmol，KOH的量改为7g，碲粉的量改为4.5mmol，溶剂为乙二醇与水的混合物，醇与水的体积比为4/1，30mL，反应时间为12h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi2Te3，1.12g，产率93％。
实施例9.Bi2Te3纳米晶的制备Bi(NO3)3a5H2O的量为2mmol，将KOH的量改为6g，溶剂为乙二醇与水的混合物，醇与水的体积比为1/1，30mL，反应时间为16h，制备的其他条件同实施例1。同样也得到晶体大小和形态类似于实施例1的黑色粉末Bi2Te3，0.75g，产率94％。
权利要求
1.一种制备Bi2Te3纳米晶的方法，其特征是将A mmol Bi(NO3)3a5H2O及(0.45-3)Ag KOH溶于(6～60)A毫升醇溶剂中，再加入1.5Ammol碲粉，在微波的作用下，在带有回流装置的反应器中反应0.5～16小时，将产物离心分离，沉淀用蒸馏水和乙醇依次洗涤，将所得的沉淀物置于真空和室温下干燥，得到黑色粉末，即为Bi2Te3纳米晶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的醇溶剂是乙醇或丙三醇与水的混合物，其中水的体积分数为0-50％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的微波是频率为2.45GHz的微波。
全文摘要
一种制备Bi
文档编号C01G29/00GK1594105SQ20041004106
公开日2005年3月16日 申请日期2004年6月23日 优先权日2004年6月23日
发明者朱俊杰, 周泊 申请人:南京大学