[发明专利]一种空心碲化铜纳米晶及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米晶合成方法技术领域，特别涉及一种制备高质量的空心结构纳米晶的方法及相关气敏性质研究。

背景技术

长久以来，空心纳米结构一直都是科学研究领域的一个热门课题，由于其具有较大的比表面积，相对较小的密度和好的渗透性，在催化，传感器，药物输送以及能源转化和存储方面引起广泛关注。之前诸多报道通过以硅或聚合物颗粒为模板制得的空心结构，因为很难获得较小尺寸的模板，所以空心结构一般大于200nm。对于模板法除了尺寸限制外，除去模板的后期处理工作也增加了合成过程的复杂性和引入杂质的机会。

碲化铜是一类重要的I-VI族p型半导体，在太阳能电池，热电材料，光探测器和光学数据存储等方面都有着潜在的应用。因此，人们一直在寻求一种更加有效的方法实现碲化铜的制备。传统实验中都是通过较高温度下(大约500～600℃)的固态粉末烧结而成，或是将相应的固体粉末利用球磨机研磨制得，或是通过在溶液中金属阳离子与有毒的碲化氢气体反应制得。然而，先前的研究大多数是基于体材料或薄膜材料的碲化铜的制备。近年来，随着纳米合成技术的不断发展，不同形貌和尺寸的碲化铜纳米晶已经被多种方法制备出来，如水热方法，超声化学方法和电化学沉积等方法。迄今为止，关于空心结构的碲化铜纳米晶的制备尚未报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服背景技术中模板法的缺点，设计出一种简单的易于操作的制备空心碲化铜纳米晶的方法。

本发明的产物的技术特征如下所述：

一种空心碲化铜纳米晶，纳米晶直径为20～26nm，空腔直径为6～11nm，壁厚为7～7.5nm。

制备空心碲化铜纳米晶的技术方案是：

一种空心碲化铜纳米晶的制备方法，有如下过程，

(1)配制碲的三辛基膦溶液：将碲粉和三辛基膦混合，在氮气的保护下升温至200～250℃保持2～4小时后自然降至室温，得到浓度为0.1～0.5mol/L的碲的三辛基膦溶液贮存备用；

(2)空心结构碲化铜纳米晶的制备：将乙酰丙酮铜，液态十二胺和三辛基膦装入容器中进行磁力搅拌，在氮气的保护下将温度升至230～260℃，得到棕红色浑浊溶液，形成单质铜纳米晶；随之加入碲的三辛基膦溶液，混合溶液转变为黑色浑浊，形成空心碲化铜纳米晶；其中按摩尔比乙酰丙酮铜∶碲＝5∶5～1，按体积比液态十二胺∶三辛基膦＝8∶2，液态十二胺的用量按每1mmol乙酰丙酮铜加入16mL液态十二胺计算。

本发明的空心结构碲化铜纳米晶的用途，用于检测一氧化碳的气敏传感器。

本发明方法利用物理学中的柯肯达尔效应，突破了模板法的尺寸限制，合成出远小于200nm的空心结构碲化铜纳米晶，同时由于以金属单质自身为模板，所以减少了模板法中的后期处理过程，给制备带来了简便。同时，所制备的样品呈现出高的一氧化碳气敏性，检测极限低(5ppm)，再生次数多，响应时间和恢复时间分别大约是21秒和100秒，在气敏传感器方面有着潜在的应用。

附图说明

图1中(a)为实施例1制得的铜纳米晶的X射线衍射谱；(b)为实施例5和实施例9制得的碲化铜纳米晶的X射线衍射谱。竖杠分别为对应的标准衍射峰的位置。

图2是在温度为250℃时(实施例1)，铜纳米晶的透射电子显微镜镜照片。

图3是在温度为250℃时(实施例1)，铜纳米晶的高分辨透射电子显微镜照片。

图4是在温度为250℃(实施例5、9)，乙酰丙酮铜与碲的摩尔比为5∶3时，空心碲化铜纳米晶的透射电子显微镜照片。

图5是在温度为250℃(实施例5、9)，乙酰丙酮铜与碲的摩尔比为5∶3时，空心碲化铜纳米晶的高分辨透射电子显微镜照片。

图6是在温度为230℃(实施例6)，乙酰丙酮铜与碲的摩尔比为5∶3时，空心碲化铜纳米晶的透射电子显微镜照片。

图7是在温度为260℃(实施例7)，乙酰丙酮铜与碲的摩尔比为5∶3时，空心碲化铜纳米晶的透射电子显微镜照片。

图8是在乙酰丙酮铜与碲的摩尔比为5∶5，温度为250℃(实施例8)时，空心碲化铜纳米晶的透射电子显微镜照片。

图9是在乙酰丙酮铜与碲的摩尔比为5∶1，温度为250℃(实施例10)时，空心碲化铜纳米晶的透射电子显微镜照片。

图10是空心碲化铜纳米晶在不同温度下对浓度为100ppm一氧化碳的灵敏度。

图11是空心碲化铜纳米晶在260℃对不同浓度一氧化碳的灵敏度及其线性拟合。

图12是空心碲化铜纳米晶在260℃对不同浓度一氧化碳的响应-恢复曲线。