专利名称：一种溶剂热可控制备ZnSe和ZnTe纳米材料的方法
一种溶剂热可控制备ZnSe和ZnTe纳米材料的方法技术领域
本发明属于纳米材料的制备领域，具体涉及利用溶剂热技术制备物相和形貌均可 控的和SiI1e纳米材料的方法。
背景技术：
ZnSe和SiTe作为重要的宽带隙II-VI族半导体材料，一直受到人们的重视，在光 电器件、生物传感器、光电催化、太阳能材料等领域有着广阔的应用前景。和ZnTe (禁 带宽度分别为2. 7ev和2. 26eV)具有宽带隙、直接带跃迁，能在高温条件下工作等优点，可 以用来制作非线性光电器件、蓝绿激光器件、光电探测器和核辐射探测器等。而纳米结构的 ZnSe和SiTe材料具有如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电 限域效应等许多宏观材料不具备的特异性能，在光学、电子学、磁学等领域有广阔的应用前 景，但其具体应用受到物相、形貌和尺寸等因素的限制。因此对和S1Te纳米材料的不 同物相、形貌和尺寸的控制一直是半导体材料研究的热点。ZnSe和SiTe半导体纳米材料常 用的制备方法主要有热蒸发法、外延生长法、电沉积法、化学气相沉积法和水热法。其中，水 热法由于工艺简单，制备粉体具有高纯、超细、粒径均勻等特点，成为制备和纳米 材料的首选方法。
ZnSe和SiTe —般有两种晶体结构，即立方相的闪锌矿结构和六方相的纤锌矿结 构，前者为低温稳定相，后者为高温稳定相。合成不同形貌闪锌矿和SiTe材料的报 道很多，而关于纤锌矿结构的报道并不多见。目前在纳米材料的物相和形貌控制研 究方面有一定的进展，P. Cozzoli Davide等报道了以有机胺和有机磷为混合溶剂，利用高 温溶剂热路线通过改变前驱物的比例实现纳米胶体形貌和物相的控制，参阅Chem. Mater. 2005年第17卷第6期第1298页；李军平等采用水热技术，以丁胺(BA)为结构导向 模板，乙二胺四乙酸(EDTA)为稳定剂，通过改变反应温度或BA用量，合成形貌和物相可控的 ZnSe纳米片结构，参阅《化学学报》2006年第64卷第幻期第幻40页；Yuval Golan等通过改 变十八胺(ODA)和三辛基氧化膦(TOPO)配位基溶剂比例热分解醋酸锌和硒脲合成了立方和 六方相的ZMe纳米结构，参阅Langmuir 2007年第幻卷第2期第766页Juan Yang等报道 了用三乙基四胺(TETA)和去离子水混合溶剂中通过改变两者的比例，实现了形貌和物相可 控的 S^e 纳米结构，参阅 Materials Chemistryand Physics 2009 年第 115 卷第 205 页。
ZnTe的研究报道较少见，尤其鲜见制备纤锌矿结构SiTe纳米材料的报道， Geng Baoyou等采用化学气相沉积法合成了纤锌矿SiTe纳米线，参阅J. Wiys. Chem. C 2008 年第112卷第51期第20308页。目前尚未见溶剂热条件制备纤锌矿SiTe纳米材料的报道。
已有的研究工作大多是针对或SiTe纳米材料的物相或者形貌单一方面的研 究，且采用较为复杂的实验操作方法，如使用模板和稳定剂，改变混合溶剂配比，使用N2保 护或是后期焙烧处理等方式，需要多方控制，而关于在同一体系中简单控制和SiTe的 物相及形貌的研究较少。迄今为止，尚未见到在同一体系中简单一步控制合成具有闪锌矿 或纤锌矿结构的和SiTe纳米材料的报道。
发明内容
本发明的目的在于探索同一体系下和aiTe材料的合成规律和物相可控研 究。本发明首次成功地用简单溶剂热方法在温和的条件下，以乙醇胺为溶剂，以乙酸锌或氯 化锌为Si源，通过调节％源或Te源，一步控制合成闪锌矿或纤锌矿结构的和SiTe 纳米材料。
本发明是通过以下工艺过程实现的
将Immol分析纯的％源或Te源放入聚四氟乙烯内衬，加入乙醇胺溶剂使溶液体 积占聚四氟乙烯内衬总体积的80%。磁搅拌数分钟，再加入2mmol分析纯的Si源，继续磁 搅拌至均勻后密封反应釜，置于200°C烘箱中反应M小时。自然冷却至室温，收集冷却后的 产品，用去离子水和无水乙醇反复洗涤，真空60°C干燥，得到产物。
本发明工艺简单，在以乙醇胺为溶剂，乙酸锌或氯化锌为锌源的体系中，通过改变 硒源和碲源实现对最终产物和SiTe物相、形貌和尺寸的控制。本发明首次实现在同 一体系中一步控制合成具有闪锌矿或纤锌矿结构的和SiTe纳米材料。
图1为实施例1产品的X射线衍射(XRD)图谱。
图2为实施例1产品的扫描电子显微镜(SEM)图片。
图3为实施例2产品的XRD图谱。
图4为实施例2产品的SEM图片。
图5为实施例3产品的XRD图谱。
图6为实施例3产品的SEM图片。
图7为实施例4产品的XRD图谱。
图8为实施例4产品的SEM图片。
具体实施方式
实施例1
将Immol分析纯的亚硒酸钠(NajeO3 · 5H20)放入聚四氟乙烯内衬，加入乙醇胺溶 剂使溶液体积占聚四氟乙烯内衬总体积的80%。磁搅拌数分钟，再加入2mmol分析纯的乙 酸锌(Zn(CH3COO)2 · 2H20)，继续磁搅拌至均勻后密封反应釜，置于200°C烘箱中反应M小 时。自然冷却至室温，收集冷却后的产品，用去离子水和无水乙醇反复洗涤，真空60°C干燥， 得到黄褐色产物。如图1所示，XRD结果显示产品为立方相闪锌矿结构的；SEM结果显 示产品由直径在IOOnm左右的纳米颗粒团聚组成，如图2。
实施例2
将Immol分析纯的硒粉(Se)放入聚四氟乙烯内衬，加入乙醇胺溶剂使溶液 体积占聚四氟乙烯内衬总体积的80%。磁搅拌数分钟，再加入2mmol分析纯的乙酸锌 (Zn(CH3COO)2 ·2Η20)，继续磁搅拌至均勻后密封反应釜，置于200°C烘箱中反应M小时。自 然冷却至室温，收集冷却后的产品，用去离子水和无水乙醇反复洗涤，真空60°C干燥，得到 黄褐色产物。XRD结果显示产物为六方相纤锌矿结构的如图3 ；SEM结果显示产物由厚度约IOOnm的纳米片组成，如图4所示。
实施例3
将Immol分析纯的亚碲酸钠(Na2TeO3)放入聚四氟乙烯内衬，加入乙醇胺溶剂使 溶液体积占聚四氟乙烯内衬总体积的80%。磁搅拌数分钟，再加入2mmol分析纯的乙酸锌 (Zn(CH3COO)2 ·2Η20)，继续磁搅拌至均勻后密封反应釜，置于200°C烘箱中反应M小时。自 然冷却至室温，收集冷却后的产品，用去离子水和无水乙醇反复洗涤，真空60°C干燥，得到 黑色产物。XRD结果显示产物为立方相闪锌矿结构的SiTe，如图5 ；SEM结果显示产物由直 径在IOOnm左右的纳米颗粒团聚组成，如图6。
实施例4
将Immol分析纯的碲粉(Te)放入聚四氟乙烯内衬，加入乙醇胺溶剂使溶液 体积占聚四氟乙烯内衬总体积的80%。磁搅拌数分钟，再加入2mmol分析纯的乙酸锌 (Zn(CH3COO)2 ·2Η20)，继续磁搅拌至均勻后密封反应釜，置于200°C烘箱中反应M小时。自 然冷却至室温，收集冷却后的产品，用去离子水和无水乙醇反复洗涤，真空60°C干燥，得到 黑色产物。XRD结果显示产物为六方相纤锌矿结构的SiTe，如图7 ；SEM结果显示产物由厚 度约IOOnm的纳米片组成，如图8所示。
实施例5
将Immol分析纯的亚硒酸钠(NajeO3 · 5H20)放入聚四氟乙烯内衬，加入乙醇胺溶 剂使溶液体积占聚四氟乙烯内衬总体积的80%。磁搅拌数分钟，再加入2mmol分析纯的氯 化锌(ZnCl2)，继续磁搅拌至均勻后密封反应釜，置于200°C烘箱中反应M小时。自然冷却 至室温，收集冷却后的产品，用去离子水和无水乙醇反复洗涤，真空60°C干燥，得到黄褐色 产物。分析显示为闪锌矿结构的纳米颗粒。
实施例6
将Immol分析纯的硒粉(Se)放入聚四氟乙烯内衬，加入乙醇胺溶剂使溶液体积占 聚四氟乙烯内衬总体积的80%。磁搅拌数分钟，再加入2mmol分析纯的氯化锌(ZnCl2)，继 续磁搅拌至均勻后密封反应釜，置于200°C烘箱中反应M小时。自然冷却至室温，收集冷却 后的产品，用去离子水和无水乙醇反复洗涤，真空60°C干燥，得到黄褐色产物。分析显示为 纤锌矿结构的纳米片。
实施例7
将Immol分析纯的亚碲酸钠(Na2TeO3)放入聚四氟乙烯内衬，加入乙醇胺溶剂使 溶液体积占聚四氟乙烯内衬总体积的80%。磁搅拌数分钟，再加入2mmol分析纯的氯化锌 (ZnCl2)，继续磁搅拌至均勻后密封反应釜，置于200°C烘箱中反应M小时。自然冷却至室 温，收集冷却后的产品，用去离子水和无水乙醇反复洗涤，真空60°C干燥，得到黑色产物。分 析显示为闪锌矿结构的SiTe纳米颗粒。
实施例8
将Immol分析纯的碲粉(Te)放入聚四氟乙烯内衬，加入乙醇胺溶剂使溶液体积占 聚四氟乙烯内衬总体积的80%。磁搅拌数分钟，再加入2mmol分析纯的氯化锌(ZnCl2)，继 续磁搅拌至均勻后密封反应釜，置于200°C烘箱中反应M小时。自然冷却至室温，收集冷却 后的产品，用去离子水和无水乙醇反复洗涤，真空60°C干燥，得到黑色产物。分析显示为纤 锌矿结构的SiTe纳米片。
权利要求
1.一种溶剂热可控制备和SiTe纳米材料的方法，其特征在于通过以下工艺过程 实现将Immol分析纯的义源或Te源放入聚四氟乙烯内衬，加入乙醇胺溶剂使溶液体积占 聚四氟乙烯内衬总体积的80%。磁搅拌数分钟，再加入2mmol分析纯的Si源，继续磁搅拌 至均勻后密封反应釜，置于200°C烘箱中反应M小时。自然冷却至室温，收集冷却后的产 品，用去离子水和无水乙醇反复洗涤，真空60°C干燥，得到产物。
2.如权利要求1所述的一种溶剂热可控制备和SiTe纳米材料的方法，其特征在 于，所述的溶剂为乙醇胺。
3.如权利要求1所述的一种溶剂热可控制备和SiTe纳米材料的方法，其特征 在于所述义源或iTe源为硒粉( )、亚硒酸钠(NajeO3 · 5H20)、碲粉(Te)和亚碲酸钠 (Na2TeO3)。
4.如权利要求1所述的一种溶剂热可控制备和SiTe纳米材料的方法，其特征在 于，所述的Zn源为乙酸锌(Zn (CH3COO)2 · 2H20)和氯化锌(ZnCl2)。
5.如权利要求1所述的一种溶剂热可控制备和SiTe纳米材料的方法，其特征在 于，所述的％源或Te源和Si源摩尔比为1 2。
6.如权利要求1所述的一种溶剂热可控制备和SiTe纳米材料的方法，其特征在 于，所述的溶剂填充度为80%。
7.如权利要求1所述的一种溶剂热可控制备和SiTe纳米材料的方法，其特征在 于，所述的时间为M小时。
8.如权利要求1所述的一种溶剂热可控制备和SiTe纳米材料的方法，其特征在 于，所述的温度为200°C。
9.如权利要求1所述的一种溶剂热可控制备和SiTe纳米材料的方法，其特征在 于，所述的反应容器为聚四氟乙烯水热反应釜，可扩展到其他耐高温高压的封闭容器中。
全文摘要
本发明公开了一种溶剂热可控制备ZnSe和ZnTe纳米材料的方法，是通过以下工艺过程实现的将分析纯的Se源或Te源放入聚四氟乙烯内衬，加入乙醇胺溶剂使溶液体积占聚四氟乙烯内衬总体积的80％。磁搅拌数分钟，再加入分析纯的Zn源，磁搅拌均匀后密封反应釜，置于200℃烘箱中反应24小时，反应完成后清洗得到产物。本发明成功地用简单溶剂热方法在温和的条件下，通过改变Se源或Te源，首次在同一体系中一步可控合成具有闪锌矿或纤锌矿结构的ZnSe和ZnTe纳米材料。本发明的特点是方法简单，成本低，产率高，产物均匀性好，可控性好，对环境危害小，易于推广且适合大规模生产。
文档编号B82Y40/00GK102040201SQ201010532909
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者吴 荣, 姜楠楠, 孙言飞, 李锦 , 潘东, 简基康 申请人:新疆大学