一种In₄Se₃热电化合物粉体的制备方法

专利名称：一种In₄Se₃热电化合物粉体的制备方法
技术领域：
本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种In4Se3-电化合物粉体的制备方法。
背景技术：
热电材料是一种环境友好型功能材料，在取代传统石化燃料、改善环境等方面有 巨大的潜力。热电转换技术正是利用半导体热电材料的Seebeck效应和珀耳贴效应将热能 和电能进行直接转换的技术。由于其不含其它发电技术所需要的庞大传动机构，具有体积 小、寿命长、可靠性高、制造工艺简单、制造及运行成本低、应用面广等特点而受到科学工作 者的重视，在诸多领域有着广阔的发展前景。In4Se3化合物是新近报道的一种η型热电材料，在室温至中温领域极低的热导率 使该材料具有较其他传统材料高的ZT值。目前，已报道的In4Se3多晶化合物的制备方法一 般为固相反应法(Solid state reaction，SSR)、熔融法(Melt reaction,MR)等，但是上述 方法普遍存在着重复性差、反应温度高、周期长，能耗大等问题。

发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种In4Se3热电化合物粉体的制备方法，该 方法原料廉价易得、工艺简单易控、反应时间短。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种In4Se3热电化合物粉体的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤1)根据亚硒酸钠与铟的水合可溶性盐中硒元素和铟元素的物质的量比为3 4 3.1 4，称取铟的水合可溶性盐与亚硒酸钠原料，以去离子水作为溶剂，搅拌混合，得到混 合溶液A ；2)在混合溶液A中加入还原剂水合胼，控制反应温度为50 80°C，反应3 12 小时，得到产物B，此处加入还原剂水合胼的目的在于将亚硒酸钠中的硒还原为单质硒；3)将产物B进行离心，将离心得到的沉淀进行冷冻干燥，得到暗红色粉末；4)将步骤3)得到的暗红色粉末在氢气气氛下于450 525°C还原1 3小时，得 到In4Se3热电化合物粉体。按上述方案，步骤1)所述的铟的水合可溶性盐为铟的水合氯化物或者铟的水合 硝酸盐。按上述方案，步骤2)所述的反应是在超声反应条件下或搅拌状态下进行反应。按上述方案，步骤2)所述的还原剂水合胼与亚硒酸钠的物质的量的配比至少为 10 1。按上述方案，步骤3)所述的离心时间为3 5min，离心转速为8000 12000r/
mirio上述方案中，理论上是按照所合成的In4Se3-电化合物粉体的化学计量比称取铟 的水合可溶性盐与亚硒酸钠原料即可，而在实际过程中，考虑到硒元素在整个反应过程中因挥发存在少量损失，可适当提高亚硒酸钠的配比，即将亚硒酸钠中硒元素和铟的水合可 溶性盐中铟元素的物质的量比调整为3 4 3.1 4。本发明获得的In4Se3热电化合物粉体可以应用于制备In4Se3块体热电材料。本发明的有益效果与固相反应法或高温熔融法相比，本发明提供的In4Se3热电 化合物粉体的制备方法，所采用的原料廉价易得，工艺简单易控，反应时间短，能耗低，污染 小，重复性好，且适用于大规模制备。


图1是本发明的制备工艺流程图。图2是本发明实施例1制备的In4Se3热电化合物粉体的XRD图谱。图3是本发明实施例1制备的In4Se3热电化合物粉体的SEM形貌图。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内 容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1 如图1所示，一种In4Se3热电化合物粉体的制备方法，它包括如下步骤1)取400毫升烧杯，依次称取0. 5865克分析纯四水合氯化铟、0. 2681克亚硒酸 钠，取用200毫升去离子水，搅拌混合均勻，得到混合溶液A ；2)在步骤1)所得混合溶液A中加入ImL市售85%的水合胼溶液作为还原剂，控制 反应温度为60°C，超声反应3小时，得到产物B，所述超声频率为42KHz，功率为100-400W ；3)将步骤2)得到的产物B进行离心，离心速率为8000r/min，时间为3min，将离心 得到的沉淀在冷冻干燥设备中进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为-80°C，干燥时间为2h，得到 暗红色粉末；4)将步骤3)得到的暗红色粉末于气氛炉中，在氢气气氛下于450°C还原1小时， 得到In4Se3热电化合物粉体。将步骤4)得到的In4Se3产物进行XRD和SEM测试，分别见图2和图3，图2中本 发明制备的In4Se3热电化合物粉体的衍射峰与In4Se3S准谱图中的衍射峰一致，这说明所 得最终产物为单相In4Se3热电化合物；图3说明所得In4Se3热电化合物的粒径约200nm。实施例2 如图1所示，一种In4Se3热电化合物粉体的制备方法，它包括如下步骤1)取500毫升烧杯，依次称取1. 5276克分析纯四点五水合硝酸铟、0. 5188克亚硒 酸钠，取用400毫升去离子水，搅拌混合均勻，得到混合溶液A ；2)在步骤1)所得混合溶液A中加入IOmL市售85%的水合胼溶液作为还原 剂，控制反应温度为80°C，超声反应12小时，得到产物B，所述超声频率为42KHz、功率为 100-400W ；3)将步骤2)得到的产物B进行离心，离心速率为10000r/min，时间为5min，将离 心得到的沉淀在冷冻干燥设备中冷冻干燥，冷冻干燥温度为_85°C，干燥时间为6h，得到暗 红色粉末；
4)将步骤3)得到的粉末置于气氛炉中，在氢气气氛下于525°C还原3小时，得到 In4Se3热电化合物粉体。将步骤4)得到的In4Se3产物进行XRD和SEM测试，结果说明所得最终产物为单 相In4Se3热电化合物，粒径约200nm。实施例3 如图1所示，一种In4Se3热电化合物粉体的制备方法，它包括如下步骤1)取400毫升烧杯，依次称取0. 5865克分析纯四水合氯化铟、0. 2594克亚硒酸 钠，取用200毫升去离子水，搅拌混合均勻，得到混合溶液A ；2)在步骤1)所得混合溶液A中加入3mL市售85%的水合胼溶液作为还原剂，控 制反应温度为50°C，在搅拌状态下反应10小时，得到产物B ；3)将步骤2)得到的产物B进行离心，离心速率为12000r/min，时间为3min，将离 心得到的沉淀在冷冻干燥设备中进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为_75°C，干燥时间为2h，得 到暗红色粉末；4)将步骤3)得到的暗红色粉末于气氛炉中，在氢气气氛下于475°C还原2小时， 得到In4Se3热电化合物粉体。将步骤4)得到的In4Se3产物进行XRD和SEM测试，结果说明所得最终产物为单 相In4Se3热电化合物，粒径约200nm。本发明所列举的各具体原料，以及各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如 温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
权利要求
一种In4Se3热电化合物粉体的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1)根据亚硒酸钠与铟的水合可溶性盐中硒元素和铟元素的物质的量比为3∶4～3.1∶4，称取铟的水合可溶性盐与亚硒酸钠原料，以去离子水作为溶剂，搅拌混合，得到混合溶液A；2)在混合溶液A中加入还原剂水合肼，控制反应温度为50～80℃，反应3～12小时，得到产物B；3)将产物B进行离心，将离心得到的沉淀进行冷冻干燥，得到暗红色粉末；4)将步骤3)得到的暗红色粉末在氢气气氛下于450～525℃还原1～3小时，得到In4Se3热电化合物粉体。
2.根据权利要求1所述的In4Se3热电化合物粉体的制备方法，其特征在于步骤1)所 述的铟的水合可溶性盐为铟的水合氯化物或者铟的水合硝酸盐。
3.根据权利要求1所述的In4Se3热电化合物粉体的制备方法，其特征在于步骤2)所 述的反应是在超声反应条件下或搅拌状态下进行反应。
4.根据权利要求1所述的In4Se3热电化合物粉体的制备方法，其特征在于步骤2)所 述的还原剂水合胼与亚硒酸钠的物质的量的配比至少为10 1。
5.根据权利要求1所述的In4Se3热电化合物粉体的制备方法，其特征在于步骤3)所 述的离心时间为3 5min，离心转速为8000 12000r/min。
全文摘要
本发明属于新能源材料领域。一种In4Se3热电化合物粉体的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1)根据亚硒酸钠与铟的水合可溶性盐中硒元素和铟元素的物质的量比为3∶4～3.1∶4，配制铟的水合可溶性盐与亚硒酸钠的混合溶液A；2)在混合溶液A中加入还原剂水合肼，控制反应温度为50～80℃，反应3～12小时，得到产物B；3)将产物B进行离心，将离心得到的沉淀进行冷冻干燥，得到暗红色粉末；4)将暗红色粉末在氢气气氛下于450～525℃还原1～3小时，得到In4Se3热电化合物粉体。本发明所采用的原料廉价易得，工艺简单易控，反应时间短，能耗低，污染小，重复性好，且适用于大规模制备。
文档编号C01B19/04GK101913575SQ201010271219
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者刘丹丹, 唐新峰, 张清杰, 李涵 申请人:武汉理工大学