[发明专利]一种四元硫属化合物半导体材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于无机半导体材料领域，具体涉及一种四元硫属化合物半导体材料 及其制备方法和用途。

背景技术

硫属化合物晶体材料是一类公认的优良半导体材料，且这类化合物根据组成 和结构的不同，可以在光、电、磁等多方面具有重要的用途。这类化合物具有特 殊的结构，离子键、共价键混合存在，可能构成各种一维链状、二维层状或三维 骨架结构。硫属化合物独特的成键特点导致其具有丰富的结构，根据结构、组成 不同，这种化合物可以是绝缘体、半导体、电子导体甚至是超导体，并已在技术 上得到广泛应用，它们的合成研究亦成为目前无机合成化学中一个十分活跃的研 究领域。

目前，国内外制备四元硫属化合物的典型方法主要包括以下三种：助熔剂法、 固相合成法、溶剂热法。(1)助熔剂法是生长晶体的重要方法,其基本原理是结 晶物质在高温下溶解于低熔点的助熔剂溶液中,形成均匀的饱和溶液,然后通过缓 慢降温或其它方法,进入过饱和状态使晶体析出。助熔剂法在原理上与溶液法相 似,但按其状态又像熔体生长法，其缺点是生长周期较长,且许多助熔剂都具有不 同程度的毒性,其挥发性常常对人体造成危害；生长的晶体一般较小,比较适合研 究用；(2)固相反应是指固体反应物直接参与的非均相化学反应,由于固态中的 原子、离子、分子都被固定在晶格上,在固态的刚性环境中,不像液相或气相中的 原子、离子、分子具有流动性,因而固相反应具有不同于液相反应的独特性,两者 在反应机理上有着本质的差别。固相反应不使用溶剂，具有高度选择性、高产率、 工艺过程简单等优点，已成为人们制备新型固体材料的主要方法之一；(3)溶剂 热(水热)合成是无机合成化学的一个重要分支,溶剂热生长晶体的合成方法是在 一个密闭的体系中,在一定的温度及溶剂的自生压强下,反应原料渐进性反应合成 最终产物的。溶剂热(水热)反应是合成硫属化物的有效方法。溶剂热(水热)合成 体系一般处于非理想平衡状态,因此应该用非平衡力学研究这一类合成化学问题。 在高温高压下,合成反应的溶剂处于临界或者近临界状态,反应物在溶剂中的物理 和化学性能有较大的改变,使溶剂热化学反应大大不同于常态,由此合成出来的功 能材料或晶体,在性能方面具有自身的优良特性。

因此，开发新的溶剂热合成路线，探索新的合成体系，且实验过程更简单方 便，反应条件更温和，合成温度更低，产率更高，将是未来制备多元硫属化合物 半导体材料的重要研究方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，并提供一种四元硫属化合物 半导体材料及其制备方法和用途。具体技术方案如下：

一种四元硫属化合物半导体材料，其化学组成式为：NaAg₂AsS₃·H₂O,属于三斜晶系，P-1空间群，晶胞参数α＝74.909(10)°，β＝82.608(10)°，γ＝62.967(12)°，Z＝2，Dc＝5.531g/cm3，单晶体为黄绿色片状，能隙为2.18eV；

一种所述的四元硫化物半导体材料NaAg₂AsS₃·H₂O的制备方法，具体为： 以摩尔比为1.0-2.0：1.0-2.0：0.5-1.0：2.0-3.0的氢氧化钠、金属银、二元固溶体 三硫化二砷和单质硫为原料；以体积比为0.5-1.0：2.0-3.0的85wt％水合肼和聚 乙二醇为溶剂；将每0.334-0.513克原料加入2.5-4.0mL上述混合溶剂中，并在 120-140℃烘箱中反应5-8天，经去离子水和乙醇洗涤后得到四元硫化物半导体 材料NaAg₂AsS₃·H₂O。

一种四元硫属化合物半导体材料，其化学组成式为KAg₂AsS₃，属于三斜晶系，P-1空间群，晶胞参数α＝91.205(9)°，β＝92.884(9)°，γ＝90.335(8)°，Z＝4，Dc＝4.590g/cm3，单晶体为黄色片状，能隙为2.21eV。