[发明专利]铋铜氧硒纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开了铋铜氧硒纳米材料的制备方法，所述方法采用简单的水热法，并辅以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)进行调控，得到了窄带隙的铋铜氧硒纳米材料。水热法操作简单、反应可控，所制备的铋铜氧硒纳米材料尺寸小、均匀性和分散性好，呈现一个规则的四方纳米片状结构。这种纳米结构带来的界面散射效应使得铋铜氧硒的热导率降低，从而提高其热电转换效率，这对材料的热电性能的提高具有重要的意义。

技术领域

本发明属于纳米热电材料技术领域，具体涉及一种铋铜氧硒纳米材料的制备方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着全球工业化的发展，人类对能源的需求不断增长，然而以化石燃料为代表的常规能源已面临枯竭，所以发展新型、环境友好的可再生能源及能源转换技术引起了世界各国的高度重视。热电材料是一种利用塞贝克(Seebeck)效应将热能和电能相互转化的功能材料，通过热电转换装置利用余热、废热直接进行温差发电，为解决能源紧缺和环境污染提供了广阔的应用前景。

铋铜氧硒(BiCuOSe)是近年来发现的一种新型氧化物热电材料，具有较窄的带隙(～0.8eV)和低的本征热导率(～0.6Wm^-1K^-1，RT)，被认为是一种极具潜在应用前景的热电转换材料。BiCuOSe具有独特的层状晶体结构，由提供电子运输通道的导电层(Cu₂Se₂)^2-层和作为声子散射区域绝缘层(Bi₂O₂)²⁺层交替堆积而成，其中导电层对载流子的限域效应使材料具备大的塞贝克系数，同时绝缘层对声子的散射导致其低的本征热导率，这种固有优势使得BiCuOSe具有较大的热电优值ZT(ZT＝S²σT/κ，其中S、σ、κ分别为塞贝克系数、电导率和热导率)。材料的ZT值越大，热电器件的转换效率越高。

在热电材料的制备技术中，材料的纳米化对其热电性能的改善具备显著优势。研究表明，纳米材料的量子限制效应以及多层界面声子散射效应不仅能够显著降低材料的声子热导率，同时又不会明显降低材料的电导率，有望大幅度提高材料热电性能。采用水热法制备的铋铜氧硒纳米材料具有尺寸小、分散性好等优势，但目前相关研究较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种铋铜氧硒纳米材料的制备方法。本发明利用简单的水热法在表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的调控下制备了窄带隙的铋铜氧硒纳米材料，该材料呈现了一种表面平坦、均匀性好且无明显团聚的规则四方片状结构。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种铋铜氧硒纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、向PVP溶液中加入Bi(NO₃)₃·5H₂O、Cu(CH₃COO)₂·H₂O和混合盐，得到混合溶液A；其中，混合盐包括LiNO₃与KNO₃；

步骤二、向NaOH溶液中加入Se粉和无水Na₂SO₃，加热后得到混合溶液B；其中所述Bi(NO₃)₃·5H₂O、Cu(CH₃COO)₂·H₂O和Se粉的摩尔比为1:1:1；

步骤三、将混合溶液A和混合溶液B混合在一起作为前驱体溶液，通过水热法制备得到BiCuOSe纳米材料。

进一步限定，所述PVP溶液的浓度为0.035～0.040g/mL，NaOH溶液的浓度为0.04～0.06g/mL，PVP溶液和NaOH溶液的体积比为1:1。