CN103754836A - 制备高化学反应活性碲胶体溶液及碲化物纳米材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备高化学反应活性碲胶体溶液及碲化物纳米材料的方法，利用脉冲激光熔蚀放置在去离子水中的单质碲靶，获得相应的碲胶体溶液，碲纳米颗粒尺寸小、分布均匀、表面“洁净”，以其为反应前驱体，与金属离子的盐溶液进行化学反应，可以成功获得相应的碲化物纳米材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备碲胶体溶液及碲化物纳米材料技术，尤其涉及一种制备高化学反应活性碲胶体溶液及碲化物纳米材料的方法。
背景技术
碲属于VIA族，是一种非常典型的类金属元素，同时也是一种重要的窄带隙半导体材料。由于碲具有一系列独特的物理、化学性能，例如：非线性光学响应、压电、催化活性、光电导性和热电性能，因此在很多领域都具有潜在的应用前景。碲的金属化合物，如CdTe、ZnTe、PbTe等，因具有较宽的禁带宽度，在半导体发光器件、热电材料、非线性光学材料、光电转换器件、光敏感传感器材料、光催化材料、储氢材料等领域都有着非常重要的应用。这些碲化物纳米材料的控制合成及其相关物性调制成为国内外研究的焦点。关于碲化物纳米材料制备方法的探索备受人们的关注，目前相关文献中报道较多的制备方法是以碲粉、亚碲酸钠（Na2TeO3）或二氧化碲（TeO2）为碲源，经还原剂还原后加入表面活性剂并对其pH进行调节，作为碲的前驱体溶液，然后与金属离子（Ag+，Cd2+等）的盐溶液在不同的条件下进行反应进行制备。以制备碲化镉为例：在用碲粉制备时加入NaBH4，将碲粉还原为NaHTe前驱体，然后再将其注入镉前驱体溶液中。但是上述制备碲化物的过程比较繁琐，在加入还原剂后要对溶液的pH值进行调节，还需要在溶液中加入稳定剂、表面活性剂或表面活性剂。然后对前驱体的混合溶液进行水热处理，在水热处理过程中还要注意反应时间、反应温度和溶液pH值等条件对产物的影响。
上述现有技术至少存在以下缺点：
加入的稳定剂、表面活性剂或表面改性剂均为有机物，使制得的碲化物纳米材料的表面不可避免吸附部分有机试剂分子，难以清洗干净获得表面清洁的碲化物纳米材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备高化学反应活性碲胶体溶液及碲化物纳米材料的方法，该方法制备的碲纳米颗粒尺寸小、分布均匀、表面“洁净”。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的制备高化学反应活性碲胶体溶液的方法，利用脉冲激光熔蚀放置在去离子水中的单质碲靶，获得相应的碲胶体溶液。
本发明的制备碲化物纳米材料的方法，以上述所制备的高化学反应活性碲胶体溶液为反应前驱体，与金属离子的盐溶液进行化学反应，即可制备出相应的碲化物纳米材料。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的制备高化学反应活性碲胶体溶液及碲化物纳米材料的方法，由于利用脉冲激光熔蚀放置在去离子水中的单质碲靶，获得相应的碲胶体溶液，碲纳米颗粒尺寸小、分布均匀、表面“洁净”，以其为反应前驱体，与金属离子的盐溶液进行化学反应，成功获得了相应的碲化物纳米材料。
附图说明
图1为本发明实施例提供的制备高化学反应活性碲胶体溶液及碲化物纳米材料的方法的流程示意图。
图2a为本发明实施例制备的碲胶体溶液中碲纳米颗粒的TEM照片；
图2b为本发明实施例制备的碲胶体溶液中碲纳米颗粒的HRTEM照片；
图3为本发明实施例制备的碲胶体溶液中碲纳米颗粒的XRD图像；
图4为本发明实施例制备的碲胶体溶液的紫外-可见光光吸收图像；
图5a为本发明实施例制备的Ag2Te纳米球的SEM照片；
图5b为本发明实施例制备的Ag2Te纳米球的XRD图像。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明的制备高化学反应活性碲胶体溶液的方法，其较佳的具体实施方式是：
利用脉冲激光熔蚀放置在去离子水中的单质碲靶，获得相应的碲胶体溶液。
所述单质碲靶的纯度大于或等于99.999％。
所述脉冲激光的波长为1064nm、能量为80mJ/pulse、熔蚀单质碲靶的时间为5分钟。
所述脉冲激光采用Nd:YAG脉冲激光器获得。
所述溶蚀过程中，一边旋转碲靶、一边进行激光熔蚀。
本发明的制备碲化物纳米材料的方法，其较佳的具体实施方式是：
以上述制备的高化学反应活性碲胶体溶液为反应前驱体，与金属离子的盐溶液进行化学反应，即可制备出相应的碲化物纳米材料。
所述碲胶体溶液与金属离子的盐溶液混合均匀后，水浴加热至60℃进行恒温反应，即可得到尺寸分布均匀的碲化物纳米球。
所述碲化物纳米材料包括以下任一种或多种：Ag2Te、CuTe、CdTe、PbTe、ZnTe、Bi2Te3、Sb2Te3。
所述盐溶液为硝酸盐溶液。
本发明制备的高反应活性的碲胶体溶液，通过LAL技术获得的碲纳米颗粒具有尺寸小、分布均匀、表面“洁净”等特点，以其为反应前驱体，与金属离子的盐溶液进行化学反应，成功获得了相应的碲化物纳米材料。
本发明利用液相激光熔蚀（LAL）技术制备了一种具有高反应活性的碲胶体溶液，并以其为反应前驱体，通过简单的化学反应，获得了一系列的碲化物纳米材料。在LAL过程中，首次利用脉冲激光熔蚀放置在去离子水中的单质碲靶，即可获得相应的碲胶体溶液，并对其进行了详细的物相表征和微观结构研究。与现有技术中的化学方法制备的碲胶体溶液相比较，通过LAL技术获得的碲胶体溶液具有很高的化学反应活性，且其中的碲纳米颗粒尺寸分布均匀，表面“洁净”，没有吸附任何有机化合物，不易聚沉。
基于上述碲胶体溶液的高反应活性，以其为反应前驱体，与金属离子（例如Ag+）的盐溶液在非常温和的条件下进行化学反应，即可成功制备出相应的碲化物纳米材料（例如Ag2Te）。
基于上述结果，本发明通过类似的实验方法，获得CuTe、CdTe、PbTe、ZnTe、Bi2Te3、Sb2Te3等一系列碲化物纳米材料。采用高反应活性的碲胶体溶液作为反应前驱体来制备碲化物纳米材料的方法反应条件温和，且在反应过程中无需加入还原剂、稳定剂以及表面活性剂，是一项绿色环保的合成技术。本发明的提出为碲化物纳米材料的合成提供了新的途径和思路，同时也拓宽了LAL技术在胶体溶液化学反应领域中的应用前景。
具体实施例：
以制备碲化银为例：
如图1所示，首先利用LAL技术制备出高反应活性的碲胶体溶液，然后将其与一定量的硝酸银（AgNO3）溶液混合均匀，水浴加热至60℃，反应一段时间以后即可得到尺寸分布均匀的碲化银（Ag2Te）纳米球。
利用LAL技术制备出高反应活性的碲胶体溶液的方法为：
将纯度为99.999％的碲单质靶材放置在装有15ml去离子水的容器中，采用Nd:YAG脉冲激光器（激光波长为1064nm，能量为80mJ/pulse）熔蚀碲单质靶5分钟，在熔蚀的过程中采用旋转碲靶进行激光熔蚀（采用旋转靶熔蚀可以得到均匀细小的纳米颗粒的胶体溶液）。
制备粒径分布均匀的Ag2Te纳米球的方法为：
取制备的Te胶体溶液于三口圆底烧瓶中，将Ag2NO3溶液滴加到其中。将三口圆底烧瓶置于60℃的水浴箱进行恒温处理，反应一段时间后，即可成功制备出粒径分布均匀的Ag2Te纳米球。
图2a是碲胶体溶液中碲纳米颗粒的TEM照片，可以看出碲胶体中的碲纳米颗粒粒径分布均匀，在15nm左右。图2b是碲胶体溶液中碲纳米颗粒的HRTEM照片，通过测量可以得出图2b中碲纳米颗粒的晶面间距为0.383nm，与六方相碲的晶面(100)的晶面间距一致。
图3为碲胶体溶液中碲纳米颗粒的XRD图像，将图中的衍射峰与标准XRD数据库对照，与JCPDS，Card NO.78-2312相对应。由图3可以看出制备的碲胶体溶液中的碲是以六方相碲单质形式存在，空间群为P3121，晶格常数为
XRD图中较强的衍射峰出现在2θ=23.022°，27.552°，38.250°，40.442°，43.339°和4***°，分别与晶面（100）、（101）、（012）、（110）、（111）和（021）相对应。
图4为碲胶体溶液的紫外-可见光光吸收图像，由图中的吸收峰可以看出由LAL技术制备出的碲胶体溶液中碲纳米颗粒的禁带宽度约为4.05eV，而块体碲为窄禁带半导体，禁带宽度为0.35eV。由LAL技术制备的碲纳米颗粒展现出与块体碲不一样的性质，这是由于量子尺寸效应，使纳米尺寸的碲纳米颗粒的带隙宽化。
图5a、图5b分别为通过上述方法制备出的Ag2Te纳米球的SEM照片和XRD图像。由图5a可以看出碲胶体溶液与AgNO3溶液进行反应后生成分布均匀的纳米球。由图5b为制备的Ag2Te纳米球的XRD图像，将图中的衍射峰与标准XRD数据库对照，与JCPDS,CardNO.81-1985相对应。表征结果显示制备的碲化银为单斜相，空间点群为P21/c，晶格常数为
α=90°，β=90°，γ=124.16°。
上述实施例通过高反应活性碲胶体做为制备碲化物的碲前驱体溶液，成功的制备出了Ag2Te纳米球。这是碲化物制备方法中新的探索，替代了以前利用TeO2，Na2TeO3或碲粉做为碲源的方法，减少了还原剂、稳定剂和表面活性剂等试剂的应用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种制备高化学反应活性碲胶体溶液的方法，其特征在于，利用脉冲激光熔蚀放置在去离子水中的单质碲靶，获得相应的碲胶体溶液。
2.根据权利要求1所述的制备高化学反应活性碲胶体溶液的方法，其特征在于，所述溶蚀过程中，一边旋转碲靶、一边进行激光熔蚀。
3.一种制备碲化物纳米材料的方法，其特征在于，以权利要求1或2所制备的高化学反应活性碲胶体溶液为反应前驱体，与金属离子的盐溶液进行化学反应，即可制备出相应的碲化物纳米材料。
4.根据权利要求3所述的制备碲化物纳米材料的方法，其特征在于，所述碲胶体溶液与金属离子的盐溶液混合均匀后，水浴加热至60℃进行恒温反应，即可得到尺寸分布均匀的碲化物纳米球。
5.根据权利要求4所述的制备碲化物纳米材料的方法，其特征在于，所述碲化物纳米材料包括以下任一种或多种：Ag2Te、CuTe、CdTe、PbTe、ZnTe、Bi2Te3、Sb2Te3。
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