单晶碲纳米棒的制备方法与流程

本发明涉及一种纳米棒的制备方法，尤其是一种单晶碲纳米棒的制备方法。

背景技术：

室温下的带隙约为0.34eV的碲(Te)作为一种p-型窄带隙半导体材料，已广泛地应用于光电导探测、非线性光学等领域。近年来，一维Te纳米材料由于具有大的比表面积和良好的载流子输运特性，可产生远大于体材料的光电导增益而成为了人们的研究热点，如题为“Room-Temperature Growth of Uniform Tellurium Nanorods and the Assembly of Tellurium or Fe₃O₄Nanoparticles on the Nanorods”，Advanced Materials，2008,20(5):947-952(“室温下生长尺寸均一的Te纳米棒及其与Fe₃O₄纳米颗粒的自组装复合”，《先进材料杂志》2008年第20卷第5期947～952页)的文章。该文中提及的碲纳米棒的棒长为0.7～0.8μm，棒直径为30～40nm；生长方法采用室温下以柱状聚合物分子刷({tBMA90}3200)辅助制备碲纳米棒，具体为以氩气作为载气，将碲化氢(H₂Te)气体引入到分子刷与四氢呋喃(THF)的混合溶液中反应2.5小时后，获得产物。这种生长方法虽能获得碲纳米棒，却也存在着不足之处，首先，工艺复杂；其次，原料中涉及到的碲化氢为有毒气体，易造成环境污染；再次，因碲化氢气体的通入时间仅对碲纳米棒的生长长度产生影响，故碲纳米棒的直径不可单独调整。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种工艺简便、绿色环保，棒长和棒直径均可调的单晶碲纳米棒的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：单晶碲纳米棒的制备方法包括溶剂热法，特别是主要步骤如下：

步骤1，先按照二氧化碲(TeO₂)、碱和乙二醇的重量比为1～1.2:2.6～3.0:500～550的比例将三者搅拌混合，得到混合液，再向混合液中加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和15～25wt％的抗坏血酸(VC)水溶液，得到前驱体溶液，其中，前驱体溶液中的混合液、聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸水溶液的重量比为20∶0.2～0.3：2～3；

步骤2，先将前驱体溶液置于160～200℃下密闭反应6～24h，得到反应浆料，再对冷却后的反应浆料进行固液分离和洗涤的处理，制得棒长为0.4～0.8μm、棒直径为70～120nm的六方相单晶碲纳米棒。

作为单晶碲纳米棒的制备方法的进一步改进：

优选地，碱为氢氧化钠，或氢氧化钾，或氢氧化锂。

优选地，混合二氧化碲、碱和乙二醇时的温度为120℃、搅拌时间为40min。

优选地，固液分离处理为离心分离，其转速为3000～7000r/min、时间为10～15min。

优选地，洗涤处理为使用乙醇和水对分离得到的固态物进行3～5次的交替清洗，清洗时分离固态物为离心分离。

优选地，将制得的单晶碲纳米棒于乙醇中分散后置于≤10℃下保存。

相对于现有技术的有益效果是：

其一，对制得的目的产物分别使用X射线衍射仪和扫描电镜进行表征，由其结果可知，目的产物的成分为六方相单晶碲、形貌为棒状；单晶碲纳米棒的棒长为0.4～0.8μm、棒直径为70～120nm。这种六方相单晶碲纳米棒可作为模版，在相应金属阳离子存在的条件下，易于转化为各种碲化物纳米棒，如Ag₂Te、Bi₂Te₃、ZnTe、PbTe、CdTe等。

其二，制备方法简单、科学、高效。不仅制得了棒长和棒直径均可调的目的产物——单晶碲纳米棒，还使单批目的产物的产量高，且其中的棒长和棒直径均整齐划一，更有着工艺简便、绿色环保，制备成本低的特点；从而使其易于工业化的规模生产，进而使制得的目的产物极易于商业化地广泛应用于光电导探测、非线性光学等领域。

附图说明

图1是对制备方法制得的目的产物使用X射线衍射(XRD)仪进行表征的结果之一。其中，XRD谱图的底部曲线为碲的XRD标准谱线、上部曲线为目的产物的谱线；该XRD谱图表明目的产物为结晶完美的六方相单晶碲。

图2是对制得的目的产物使用扫描电镜(SEM)进行表征的结果之一。SEM图像显示出目的产物的尺寸均一，其棒长和棒直径的偏差均在5％以内。

图3也是对制得的目的产物使用扫描电镜进行表征的结果之一。SEM图像显示出目的产物的尺寸相对于图2所示的目的产物的尺寸要粗短些，但仍均一，且棒长和棒直径的偏差仍均在5％以内。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。

首先从市场购得或自行制得：

二氧化碲；

作为碱的氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂；

乙二醇；

聚乙烯吡咯烷酮；

抗坏血酸水溶液。

接着，

实施例1

制备的具体步骤为：

步骤1，先按照二氧化碲、碱和乙二醇的重量比为1:3.0:500的比例将三者搅拌混合；其中，碱为氢氧化钾，混合时的温度为120℃、搅拌时间为40min，得到混合液。再向混合液中加入聚乙烯吡咯烷酮和15wt％的抗坏血酸水溶液，得到前驱体溶液；其中，前驱体溶液中的混合液、聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸水溶液的重量比为20∶0.3∶3。

步骤2，先将前驱体溶液置于160℃下密闭反应24h，得到反应浆料。再对冷却后的反应浆料进行固液分离和洗涤的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为3000r/min、时间为15min，洗涤处理为使用乙醇和水对分离得到的固态物进行3次的交替清洗，清洗时分离固态物为离心分离。制得如图1中的曲线所示，以及如图2所示的单晶碲纳米棒。

实施例2

制备的具体步骤为：

步骤1，先按照二氧化碲、碱和乙二醇的重量比为1.13:2.9:513的比例将三者搅拌混合；其中，碱为氢氧化钾，混合时的温度为120℃、搅拌时间为40min，得到混合液。再向混合液中加入聚乙烯吡咯烷酮和18wt％的抗坏血酸水溶液，得到前驱体溶液；其中，前驱体溶液中的混合液、聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸水溶液的重量比为20：0.28：2.8。

步骤2，先将前驱体溶液置于170℃下密闭反应20h，得到反应浆料。再对冷却后的反应浆料进行固液分离和洗涤的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为4000r/min、时间为14min，洗涤处理为使用乙醇和水对分离得到的固态物进行3次的交替清洗，清洗时分离固态物为离心分离。制得如图1中的曲线所示，以及近似于图2所示的单晶碲纳米棒。

实施例3

制备的具体步骤为：

步骤1，先按照二氧化碲、碱和乙二醇的重量比为1.15:2.8:525的比例将三者搅拌混合；其中，碱为氢氧化钾，混合时的温度为120℃、搅拌时间为40min，得到混合液。再向混合液中加入聚乙烯吡咯烷酮和20wt％的抗坏血酸水溶液，得到前驱体溶液；其中，前驱体溶液中的混合液、聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸水溶液的重量比为20：0.25：2.5。

步骤2，先将前驱体溶液置于180℃下密闭反应15h，得到反应浆料。再对冷却后的反应浆料进行固液分离和洗涤的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为5000r/min、时间为13min，洗涤处理为使用乙醇和水对分离得到的固态物进行4次的交替清洗，清洗时分离固态物为离心分离。制得如图1中的曲线所示，以及近似于图2所示的单晶碲纳米棒。

实施例4

制备的具体步骤为：

步骤1，先按照二氧化碲、碱和乙二醇的重量比为1.18:2.7:538的比例将三者搅拌混合；其中，碱为氢氧化钾，混合时的温度为120℃、搅拌时间为40min，得到混合液。再向混合液中加入聚乙烯吡咯烷酮和23wt％的抗坏血酸水溶液，得到前驱体溶液；其中，前驱体溶液中的混合液、聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸水溶液的重量比为20：0.23：2.3。

步骤2，先将前驱体溶液置于190℃下密闭反应11h，得到反应浆料。再对冷却后的反应浆料进行固液分离和洗涤的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为6000r/min、时间为11min，洗涤处理为使用乙醇和水对分离得到的固态物进行4次的交替清洗，清洗时分离固态物为离心分离。制得如图1中的曲线所示，以及近似于图3所示的单晶碲纳米棒。

实施例5

制备的具体步骤为：

步骤1，先按照二氧化碲、碱和乙二醇的重量比为1.2:2.6:550的比例将三者搅拌混合；其中，碱为氢氧化钾，混合时的温度为120℃、搅拌时间为40min，得到混合液。再向混合液中加入聚乙烯吡咯烷酮和25wt％的抗坏血酸水溶液，得到前驱体溶液；其中，前驱体溶液中的混合液、聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸水溶液的重量比为20：0.2：2。

步骤2，先将前驱体溶液置于200℃下密闭反应6h，得到反应浆料。再对冷却后的反应浆料进行固液分离和洗涤的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为7000r/min、时间为10min，洗涤处理为使用乙醇和水对分离得到的固态物进行5次的交替清洗，清洗时分离固态物为离心分离。制得如图1中的曲线所示，以及如图3所示的单晶碲纳米棒。

再分别选用作为碱的氢氧化钠或氢氧化锂，重复上述实施例1～5，同样制得了如图1中的曲线所示，以及如或近似于图2或图3所示的单晶碲纳米棒。

若为利于目的产物的长期保存，可将制得的单晶碲纳米棒于乙醇中分散后置于≤10℃下保存。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的单晶碲纳米棒的制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。