CN113620342B - 一种梭子状二硫化银铋纳米材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米材料制备领域，具体为一种梭子状二硫化银铋纳米材料及其制备方法，包括如下制备步骤：(1)将铋源和银源在常温下超声均匀分散到乙二醇溶液中；(2)将硫源和控制剂加入圆底玻璃瓶中磁搅拌均匀；(3)一步溶剂热法制备得到AgBiS2纳米材料：将(1)种的铋源和银源加入(2)中硫源的玻璃瓶中搅拌并加热至70～90℃反应0.5～2h；(4)将(3)中反应结束的反应物倒至反应釜中放入烘箱中，在设定温度下反应一定时间得到黑色混浊物，经真空泵抽滤分离，抽虑过程中用去离子水和无水乙醇进行多次洗涤；(5)将(4)中洗涤好的产物放入烘箱中干燥，在设定干燥温度下干燥完全后得到目标材料样品，得到的AgBiS2材料呈现梭子状，尺寸均一，纯度高。

Description

一种梭子状二硫化银铋纳米材料及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备领域，特别是一种梭子状二硫化银铋纳米材料及其制备方法
背景技术
硫系半导体是一种很有前途的材料，在催化、能量储存和转换以及光电子器件等领域有着潜在的应用前景，是第三代太阳能电池光伏器件用半导体材料。因为硫系半导体具有环境稳定性、制造成本低和用途广泛等优势，在未来电子行业有着巨大潜力。
硫系半导体的物理和化学性质与无机纳米材料的形状、尺寸和结构密切相关，通过采用溶液化学方法，获得了各种硫系材料所需的形状、晶体结构和形态。最近，三元硫系化合物I-V-VI2(其中I＝铜、银、金；V＝As，Sb，Bi；及VI＝S、Se，Te)得到了广泛关注，因为它们显示出可调的电子和光学特性，适用于太阳能电池、热电和相位电荷存储器件以及线性、非线性和光电子器件。二硫化银铋(AgBiS2)以两种结构相存在，即低温相β-AgBiS2为六方结构，高温相α-AgBiS2为立方结构，相变温度为468±5K。立方相AgBiS2具有～0.8eV的直接带隙，高吸收系数α＝～105cm-1(λ＝600nm)，已被证明在如量子点太阳能电池，热电器件等不同领域有潜在的应用。AgBiS2材料无毒害，地球资源丰富，这使其成为高效太阳能吸收器的潜在候选材料。然而，在可控形状和尺寸的AgBiS2的合成中，仍然是一个重大挑战。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种梭子状二硫化银铋纳米材料的制备方法，实现对二硫化银铋纳米材料结构和尺寸的调控。
本发明采用的技术方案如下：
一种梭子状二硫化银铋纳米材料及其制备方法，包括如下制备步骤：
(1)将铋源和银源在常温下超声均匀分散到乙二醇溶液中；
(2)将硫源和控制剂加入圆底玻璃瓶中磁搅拌均匀；
(3)一步溶剂热法制备得到AgBiS2纳米材料：将(1)种的铋源和银源加入(2)中硫源的玻璃瓶中搅拌并加热至70～90℃反应0.5～2h，其中，搅拌速度先快后慢，转速为300～1200r/min，加热升温速度为5～8℃/min；
(4)将(3)中反应结束的反应物倒至反应釜中放入烘箱中，在设定温度下反应一定时间得到黑色混浊物，经真空泵抽滤分离，抽虑过程中用去离子水和无水乙醇进行多次洗涤；
(5)将(4)中洗涤好的产物放入烘箱中干燥，在设定干燥温度下干燥完全后得到目标材料样品，得到的AgBiS2材料呈现梭子状，尺寸均一，纯度高。
作为优选，所述铋源采用柠檬酸铋、柠檬酸铋铵、乙酸铋中的一种或多种。
作为优选，所述硫源采用硫代硫酸钠、1.3-二甲基硫脲、N-甲硫脲、氨基硫脲、四甲基硫脲、1.3-二乙基硫脲、硫脲中的一种或多种。
作为优选，所述银源采用硝酸银、高氯酸银和醋酸银中的一种或多种。
作为优选，所述控制剂为六甲基四胺、三甲基二胺、四甲基乙二胺中的一种或多种。
作为优选，银源、铋源、硫源中铋：银：铋：硫的摩尔比为1：1：2～3。
作为优选，所述银源和铋源中银元素和铋元素在乙二醇溶液中的摩尔浓度相同，其具体为0.01-0.8mol/l，所述铋源与控制剂的摩尔浓度之比为1:5～1:50。
作为优选，所述步骤(4)中设置烘箱反应温度为120-180℃，反应时间为2-6h。
作为优选，所述步骤(5)中烘箱干燥温度控制在60℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明将铋源和银源先分散至溶剂中，再加入分散好的硫源控制溶剂中，并通过控制制备搅拌、温度和反应及干燥等工艺条件，使反应得到的AgBiS2结构呈梭子状，并且均一；
(2)AgBiS2的梭子状结构使其制备的半导体材料结构规整，缺陷少，导电性能优异，储电量大；
(3)本发明采用一步法制备AgBiS2的梭子状半导体材料，操作简单，成本低，并且通过工艺过程和产物处理的优化，使得到的AgBiS2纯度较高。
附图说明
图1是本发明中实施例1得到的梭子状二硫化银铋纳米材料的X射线电子衍射图谱。
图2是本发明中实施例1得到的梭子状二硫化银铋纳米材料的扫描电子显微镜图片。
图3是本发明中实施例1得到的梭子状二硫化银铋纳米材料的扫描电子显微镜图片。
图4是本发明中实施例2得到的梭子状二硫化银铋纳米材料的扫描电子显微镜图片。
图5是本发明中实施例2得到的梭子状二硫化银铋纳米材料的扫描电子显微镜图片。
图6是本发明中实施例3得到的梭子状二硫化银铋纳米材料的扫描电子显微镜图片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
将5mmol乙酸铋和5mmol硝酸银在常温下超声均匀分散到50mL乙二醇溶液中；将10mmol四甲基硫脲和50mmol六甲基四胺加入圆底玻璃瓶中，搅拌从1000r/min逐步降低至500r/min，以6℃/min的升温速度加热至80℃反应1.5h；然后将混合溶液人转移至80ml聚四氟乙烯反应釜中150℃，保持12h，反应结束后得到的黑色混浊物使用真空泵抽滤分离，抽虑过程中需要用去离子水和无水乙醇进行多次洗涤，最后放入真空干燥箱中60℃干燥，后将目标材料样品收集。对制备得到的AgBiS2纳米团簇的进行X射线电子衍射表征，如图1所示，图谱中的衍射峰对应于立方相的AgBiS2(JCPDS No.89-2046)，且没有其他杂峰出现，XRD图谱证明了该反应合成了AgBiS2纳米材料；将制备的样品进行扫描电子显微镜表征如图2、3所示，可以看出AgBiS2纳米材料为梭子状，结构和大小均匀。
实施例2
将5mmol乙酸铋和5mmol硝酸银在常温下超声均匀分散到50mL乙二醇溶液中；将10mmol四甲基硫脲和80mmol六甲基四胺加入圆底玻璃瓶中，搅拌从1200r/min逐步降低至300r/min，以8℃/min的升温速度加热至70℃反应1.0h；
然后将混合溶液人转移至80ml聚四氟乙烯反应釜中180℃，保持12h，反应结束后得到的黑色混浊物使用真空泵抽滤分离，抽虑过程中需要用去离子水和无水乙醇进行多次洗涤，最后放入真空干燥箱中60℃干燥，后将目标材料样品收集。将制备的样品进行扫描电子显微镜表征如图4、5所示，可以看出AgBiS2纳米材料为梭子状，结构和大小均匀。
实施例3
将5mmol乙酸铋和5mmol硝酸银在常温下超声均匀分散到50mL乙二醇溶液中；将10mmol1.3-二甲基硫脲和25mmol六甲基四胺加入圆底玻璃瓶中，搅拌从1100r/min逐步降低至500r/min，以5℃/min的升温速度加热至90℃反应1.0h；然后将混合溶液人转移至聚四氟乙烯反应釜中150℃，保持12h，反应结束后得到的黑色混浊物使用真空泵抽滤分离，抽虑过程中需要用去离子水和无水乙醇进行多次洗涤，最后放入真空干燥箱中60℃干燥，后将目标材料样品收集。将制备的样品进行扫描电子显微镜表征如图6所述。

Claims (4)

1.一种梭子状二硫化银铋纳米材料及其制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
将铋源和银源在常温下超声均匀分散到乙二醇溶液中；
将硫源和控制剂加入圆底玻璃瓶中磁搅拌均匀；
一步溶剂热法制备得到AgBiS2纳米材料：将（1）种的铋源和银源加入（2）中硫源的玻璃瓶中搅拌并加热至70~90℃反应0.5~2 h，其中，搅拌速度先快后慢，转速为300~1200 r/min，加热升温速度为5~8℃/min；
将（3）中反应结束的反应物倒至反应釜中放入烘箱中，在设定温度下反应一定时间得到黑色混浊物，经真空泵抽滤分离，抽虑过程中用去离子水和无水乙醇进行多次洗涤；所述烘箱反应温度为120-180℃，反应时间为2-6h；
将（4）中洗涤好的产物放入烘箱中干燥，在设定干燥温度下干燥完全后得到目标材料样品，所述烘箱干燥温度控制在60℃，得到的AgBiS2材料呈现梭子状，尺寸均一，纯度高；所述控制剂为六甲基四胺、三甲基二胺、四甲基乙二胺中的一种或多种；
银源、铋源、硫源中铋：银：铋：硫的摩尔比为1：1：2~3；
所述银源和铋源中银元素和铋元素在乙二醇溶液中的摩尔浓度相同，其具体为0.01-0.8mol/l，所述铋源与控制剂的摩尔浓度之比为1:5~1:50。
2.如权利要求1所述一种梭子状二硫化银铋纳米材料及其制备方法，其特征在于，所述铋源采用柠檬酸铋、柠檬酸铋铵、乙酸铋中的一种或多种。
3.如权利要求1或2所述一种梭子状二硫化银铋纳米材料及其制备方法，其特征在于，所述硫源采用硫代硫酸钠、1.3-二甲基硫脲、N-甲硫脲、氨基硫脲、四甲基硫脲、1.3-二乙基硫脲、硫脲中的一种或多种。
4.如权利要求3所述一种梭子状二硫化银铋纳米材料及其制备方法，其特征在于，所述银源采用硝酸银、高氯酸银和醋酸银中的一种或多种。
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