[发明专利]制造金属硫属元素化物纳米材料的方法

说明书

本发明公开了硫属元素化物纳米材料，优选金属硫属元素化物纳米材料，例如铜、铅和/或银的硫属元素化物纳米材料。本发明还提供一种合成或制造硫属元素化物纳米材料的方法或工艺，上述硫属元素化物纳米材料优选为金属硫属元素化物纳米材料。在一个例子中，使用湿化学法来制造金属硫属元素化物纳米材料，优选在溶剂中且在一种或多种有机配体的存在下。另一个示例性的方法涉及制造金属硫属元素化物纳米材料，且包括下述步骤：形成金属前体、硫属元素基配体、溶剂和硫属元素前体的混合物；在反应时间的期间、在反应温度下加热上述混合物；以及将制造的金属硫属元素化物纳米材料分离。

技术领域

本发明一般涉及硫属元素化物纳米材料，更具体而言，涉及合成或制造硫属元素化物纳米材料的方法或工艺。各种示例性实施方式更具体地涉及金属硫属元素化物纳米材料，例如涉及铜、铅和/或银的硫属元素化物纳米材料。在另一些具体的例子中，硫属元素化物纳米材料作为纳米结构而形成或提供，例如纳米颗粒、纳米线、纳米管和/或纳米片。上述硫属元素化物纳米材料可应用于例如将热和/或光转化为电。

背景

逐渐增长的能源需求、对气候变化的忧虑和逐渐耗尽的化石燃料能源已引起同心合力以通过先进的技术来有效地使用能源，其中，绿色的热电(TE)和光电(PV)技术受到相当大的关注，因为超过60％的所产生的能量作为热被浪费(请见A.J.Simon和R.D.Belles,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Labs),2011,LLNL-MI-410527.)，且太阳能是丰富的和可持续的。

巨量的废热直接转换为电将会显著地缓解能源和环境问题。但是，目前的TE技术的主要缺点在于由于缺少高性能的TE材料而引起的低转换效率(一般为约5％)。TE材料的性能的特征是根据下述方程式的无量纲参数的效益指标(ZT)：

其中，S、σ、T和κ分别是塞贝克系数、导电率、绝对温度和热导率。

方程式1清楚地示出达到高ZT的关键在于增加导电率和塞贝克系数，同时降低热导率。但是，达到上述目的对于大量热电材料而言是非常具有挑战性的，这是因为这些参数是互相依赖的，且如上更改一个参数会改变其他参数(请见Z.Li,Q.Sun,X.D.Yao,Z.H.Zhu和G.Q.Lu,《材料化学杂志(J.Mater.Chem.)》,2012,22,22821-22831.)。

近年来，通过应用纳米技术，在提高各种TE材料的ZT方面已取得可显著的进步。由纳米效应引起的热电性能的改进主要是因为由增加的声子散射和量子限域效应引起的热导率的降低。一个例子是碲化铅(PbTe)，数十年来已知其具有报道的最好的ZT，在750K为1，然而，在通过化学掺杂而引入纳米沉淀物后(例如，Sr和Na共掺杂的PbTe，Ag和Sb共掺杂的PbTe)，上述ZT提高至915K时的2.2(请见K.Biswas,J.He,I.D.Blum,C.-I.Wu,T.P.Hogan,D.N.Seidman,V.P.Dravid和M.G.Kanatzidis,《自然(Nature)》,2012,489,414-418.)。上述碲化铅(PbTe)的类似物硫化铅(PbS)和硒化铅(PbSe)在引入纳米沉淀物后，也显示出大于1或接近2的ZT，例如PbS-Bi₂S₃(或Sb₂S₃、SrS和CaS)的纳米复合物在923K显示出1.3的ZT。