一种轴向周期性纳米异质结及其制备方法

本发明涉及纳米材料领域，特别涉及一种轴向周期性纳米异质结及其制备方法。

背景技术：

1、在过去数十年的研究中，一维纳米异质结一直被广泛研究。一维纳米异质结具有直径可调的能带结构、强载流子-载流子相互作用、大光吸收截面积、长距离载流子输运、低的俄歇复合速率以及强的各向异性等优势，能够被广泛应用于电子学、光电子学、能源、环境以及生物医药等领域。

2、其中，轴向周期性核壳异质结是一种特殊结构的一维纳米异质结，据美国《先进材料》(advanced material,2022年34期2200776页)报道，轴向周期性核壳异质结具有各向异性和周期性结构、固有的高表面积、丰富的传输通道、表面的多尺度粗糙度等特点。这些特性使其具有独特的电学、光学和催化性能。

3、欧洲化学学会《chemcatchem》期刊(2014年6期611页)报道了一种ag/agcl轴向周期性核壳异质结，这种异质结具有良好的光催化降解甲基橙和2,4-二氯苯酚以及分解水生成氧气的性能。英国《材料化学学报a》期刊(journal of materials chemistry a,2015年3期14245页)报道了一种fe3o4/cnf轴向周期性核壳异质结并将其制成电极用于超级电容器和锂离子电池。作为超级电容器电极，fe3o4/cnf轴向周期性核壳异质结在koh电解液中在1ag-1时具有225f g-1的高比电容，在循环2000次后性能仍保持在85％；在10a g-1时具有106fg-1的良好倍率性能。作为锂离子电池负极，fe3o4/cnf轴向周期性核壳异质结在0.05℃下的可逆容量超过900ma h g-1，循环60次后仍保持在845ma h g-1；在5℃下具有523ma h g-1的良好性能。德国《应用化学》(angewandte chemie international edition，2015年54期11495页)报道了一种-[zns-cds/au]-zns-[zns-cds/au]-zns-轴向周期性核壳异质结，这种异质结相比于纯zns纳米线有着明显提升的光催化产氢性能。

4、由此可见，轴向周期性核壳纳米异质结是一种十分具有研究意义和应用前景的纳米材料。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种轴向周期性纳米异质结及其制备方法。本发明制备方法制得的轴向周期性核壳纳米异质结能够容忍大的晶格失配度并提高光电催化性能。

2、本发明提供了一种轴向周期性纳米异质结的制备方法，包括以下步骤：

3、a)利用催化生长法制备ag2s-co9s8纳米线，然后用烷基磷去除所述ag2s-co9s8纳米线中的端点ag2s，得到纯胶体co9s8纳米线；

4、b)将银源溶液与所述纯胶体co9s8纳米线的分散液混合，进行离子交换反应，得到co9s8@ag2s核壳纳米线；

5、其中，

6、所述银源溶液为银源溶于溶剂所得溶液；

7、所述纯胶体co9s8纳米线的分散液为所述纯胶体co9s8纳米线分散于溶剂中所得的分散液；

8、c)将所述co9s8@ag2s核壳纳米线分散到溶剂中，然后进行热处理，得到-[co9s8@ag2s]-co9s8-轴向周期性核壳纳米异质结；

9、d)将金属源溶液、烷基磷和所述-[co9s8@ag2s]-co9s8-轴向周期性核壳纳米异质结的分散液混合，进行离子交换反应，得到-[co9s8@mxsy]-co9s8-轴向周期性纳米异质结；

10、其中，

11、所述金属源溶液为金属源溶于溶剂中所得溶液；

12、所述-[co9s8@ag2s]-co9s8-轴向周期性核壳纳米异质结的分散液为所述-[co9s8@ag2s]-co9s8-轴向周期性核壳纳米异质结分散于溶剂中所得的分散液；

13、m为所述金属源中的金属元素。

14、优选的，步骤d)中：

15、所述金属源为锌源、镉源、铅源和汞源中的至少一种；

16、所述烷基磷为三正辛基膦和/或三丁基膦；

17、所述离子交换反应的温度为60～100℃，时间为20～60min。

18、优选的，所述锌源为氯化锌、乙酸锌和硝酸锌中的至少一种；

19、所述镉源为氯化镉、乙酸镉和硝酸镉中的至少一种；

20、所述铅源为氯化铅、乙酸铅和硝酸铅中的至少一种；

21、所述汞源优选为氯化汞、乙酸汞和硝酸汞中的至少一种。

22、优选的，步骤c)中，所述热处理的温度为40～120℃，时间为3～24h。

23、优选的，步骤b)中，所述离子交换反应的温度为10～40℃，时间为5～60min。

24、优选的，步骤a)具体包括：

25、a1)将银源、钴源、硫源和有机溶剂混合加热反应，得到ag2s-co9s8纳米线；

26、a2)将烷基磷与溶剂混合，得到烷基磷溶液；

27、a3)将所述ag2s-co9s8纳米线与溶剂混合，得到ag2s-co9s8纳米线分散液；

28、a4)将所述烷基磷溶液与ag2s-co9s8纳米线分散液混合反应，得到纯胶体co9s8纳米线；

29、其中，步骤a1)和步骤a2)没有顺序限制，步骤a2)和步骤a3)没有顺序限制。

30、优选的，步骤a1)中，所述加热反应的温度为185～280℃，时间为30～90min。

31、优选的，步骤a4)中，所述反应的温度为15～40℃，时间为3～6h。

32、优选的，步骤a2)中，所述烷基磷为三正辛基膦和/或三丁基膦。

33、本发明还提供了一种上述技术方案中所述的制备方法制得的轴向周期性纳米异质结。

34、本发明提供的制备方法，先利用催化生长法制备ag2s-co9s8纳米线，并用烷基磷去除所述ag2s-co9s8纳米线中的端点ag2s，得到纯胶体co9s8纳米线；然后，将银源溶液与所述纯胶体co9s8纳米线的分散液混合，进行离子交换反应，得到co9s8@ag2s核壳纳米线；之后，对co9s8@ag2s核壳纳米线的分散液进行热处理，基于无机固体瑞利不稳定性使之发生结构演变而形成-[co9s8@ag2s]-co9s8-轴向周期性核壳纳米异质结；最后，将金属源溶液、烷基磷和所述-[co9s8@ag2s]-co9s8-轴向周期性核壳纳米异质结的分散液混合进行离子交换反应，从而得到-[co9s8@mxsy]-co9s8-轴向周期性纳米异质结。本发明制得的-[co9s8@mxsy]-co9s8-轴向周期性纳米异质结能够容忍大的晶格失配度并提高光电催化性能。本发明通过区域选择性离子交换实现不同组分功能性纳米材料的集成，精准合成出了功能性轴向周期性核壳纳米异质结库，同时也为一维纳米异质结的设计和合成开辟了一条新的途径。

技术特征：

1.一种轴向周期性纳米异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤d)中：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述锌源为氯化锌、乙酸锌和硝酸锌中的至少一种；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述热处理的温度为40～120℃，时间为3～24h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中，所述离子交换反应的温度为10～40℃，时间为5～60min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)具体包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤a1)中，所述加热反应的温度为185～280℃，时间为30～90min。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤a4)中，所述反应的温度为15～40℃，时间为3～6h。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤a2)中，所述烷基磷为三正辛基膦和/或三丁基膦。

10.一种权利要求1～9中任一项所述的制备方法制得的轴向周期性纳米异质结。

技术总结
本发明提供了一种轴向周期性纳米异质结及其制备方法。本发明提供的制备方法，先利用催化生长法制备Ag2S‑Co9S8纳米线并用烷基磷去除其中的端点Ag2S，得到Co9S8纳米线；再将银源溶液与Co9S8纳米线的分散液混合进行离子交换反应，得到Co9S8@Ag2S核壳纳米线；之后，进行热处理，得到‑[Co9S8@Ag2S]‑Co9S8‑轴向周期性核壳纳米异质结；最后，将金属源溶液、烷基磷和‑[Co9S8@Ag2S]‑Co9S8‑轴向周期性核壳纳米异质结的分散液混合进行离子交换反应，得到‑[Co9S8@MxSy]‑Co9S8‑轴向周期性纳米异质结。本发明制得的轴向周期性纳米异质结能够提高光电催化性能。

技术研发人员：俞书宏,邵振潮,李毅,张崇,张宇卓
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15