专利名称：从碲粉快速制备一维纳米结构单晶碲的方法
技术领域：
本发明涉及一维纳米结构单晶Te的制法。
背景技术：
纳米结构与纳米材料(尤其是一维纳米结构——棒、线、带、管等)由于其在理论和应用方面的重要性和诱人前景而被广泛关注[参见(a)Patzke，G.R.；Krumeich，F.；Nesper，R.Angew.Chem.，Int.Ed.2002，41，2446.(b)Hu，J.；Odom，T.W.；Lieber，C.M.Acc.Chem.Res.1999，32，435.(c)Lieber，C.M.Solid StateCommun.1998，107，607.(d)Yang，P.；Wu，Y.；Fan，R.Int.J.Nanosci.2002，1，1.]。这一领域的的主要问题之一是能否简便廉价地制备一维纳米结构。虽然固态的一维纳米结构可由平版印刷技术[参见Rai-choudhury，P.Handbook ofMicrolithography，Micromachining，and Microfabrication；SPIE Press，IEEENewYork，1999.]或气相化学方法[参见(a)Levitt，A.P.Whisker Technology；Wiley-InterscienceNew York，1970.(b)Morales，A.M.；Lieber，C.M.Science 1998，279，208.(c)Duan，X.；Lieber，C.M.Adv.Mater.2000，12，298.(d)Wu，Y.；Yang，P.Chem.Mater.2000，12，605.(e)Shi，W.S.；Peng，H.Y.；Wang，N.；Li，C.P.；Xu，L.；Lee，C.S.；Kalish，R.；Lee，S.T.J.Am.Chem.Soc.2001，123，11095.(f)Pan，Z.W.；Dai，Z.R.；Wang，Z.L.Science 2001，291，1947.(g)Chen，Y.；Ohlberg，D.A.A.；Medeiros-Ribeiro，G.；Chang，Y.A.；Williams，R.S.Appl.Phys.Lett.2000，76，4004.]合成，但溶液相的化学方法因其低成本、高产出、及产品尺寸的可控性而成为更有希望的方法。已报道的液相化学法中常见的是用模板或晶种导向的方法[参见(a)Martin，C.R.Science 1994，266，1961.(b)Routkevitch，D.；Bigioni，T.；Moskovits，M.；Xu，J.M.J.Phys.Chem.1996，100，14037.(c)Xu，D.；Shi，X.；Guo，G.；Gui，L.；Tang，Y.J.Phys.Chem.B 2000，104，5061.(d)Jiang，X.；Xie，Y.；Lu，J.；Zhu，L.；He，W.；Qian，Y.Chem.Mater.2001，13，1213；(e)Holmes，J.D.；Johnston，K.P.；Doty，R.C.；Korgel，B.A.Science 2000，287，1471.(f)Liu，S.W.；Yue，J.；Gedanken，A.Adv.Mater.2001，13，656.(g)Jana，N.R.；Gearheart，L.；Murphy，C.J.Chem.Commun.2001，617.]，但不用模板或晶种合成一维纳米结构仍是一个挑战。
近来，碲(Te)及相关材料越来越引起人们的关注。碲是一种窄带半导体，它同时具有多种优秀的性质，如光电导性、非线性光学响应、高的热电和压电响应等，使其在电子及光电子器件领域具有广泛的应用前景[参见(a)Kudryavstev，A.A.The Chemistry and Technology of Selenium and Tellurium；Collet’s Ltd.London，1974.(b)Tangney，P.；Fahy，S.Phys.Rev.B 2002，65，054302.]。碲的晶体结构的高度各相异性也使其有望能在不使用模板或表面活性剂等导向剂的情况下形成一维纳米结构[参见L.I.Berger，Semiconductor Materials，CRC Press，BocaRaton，FL，1997，pp.86-88.]。关于碲的一维纳米结构的合成方法已有一些报道，如用高价(六价或四价)碲回流还原，水热或溶剂热方法，微波辅助的离子液体方法等[参见(a)Mayers，B；Xia，YN，Adv.Mater.2002，14(4)279-282.(b)Mayers，B；Xia，YN，J.Mater.Chem.，12(6)1875-1881 2002.(c)Liu，ZP；Li，S；Yang，Y；Hu，ZK；Peng，S；Liang，JB；Qian，YT，New J.Chem.，27(12)1748-17522003.(d)Mo，MS；Zeng，JH；Liu，XM；Yu，WC；Zhang，SY；Qian，YT，Adv.Mater.，14(22)1658-1662 NOV 18 2002.(e)Liu，ZP；Hu，ZK；Liang，JB；Li，S；Yang，Y；Peng，S；Qian，YT，Langmuir，20(1)214-218 JAN 6 2004.(f)Liu，ZP；Hu，ZK；Xie，Q；Yang，BJ；Wu，J；Qian，YT，J.Mater.Chem.，13(1)159-162 2003.(g)Zhu，YJ；Wang，WW；Qi，RJ；Hu，XL，Angew.Chem.，Int.Ed.，43(11)1410-1414 2004.]。这些方法大都需要高温高压或昂贵的试剂或较长的反应时间。本发明将提供一种非常简便、快速、低成本的方法制备一维纳米结构单晶碲。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备一维纳米结构单晶Te的方法。
本发明的技术方案如下一种制备一维纳米结构单晶碲的方法，它是将A克碲粉及(10～200)A克碱加入(200～2000)A毫升溶剂中，溶剂中可以不含表面活性剂，也可以含有(0.3～10)A克表面活性剂，在带有回流装置的反应器中加热至100-280℃后保持1～3分钟，冷却，将所得黑色固体产物与溶液离心分离，用蒸馏水和乙醇依次洗涤，并将所得的黑色固体产物置于真空和室温下干燥，得到黑色粉末，即为一维纳米结构单晶碲。
上述的方法中，所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
上述的方法中，所述的溶剂是水、乙二醇、丙三醇或聚乙二醇，或者乙二醇、丙三醇或聚乙二醇其分别与水的混合物，其中水的体积分数为0-100％。
上述的方法中，所述的表面活性剂为聚吡咯烷酮(PVP)或十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等。
上述的方法中，所述的加热方式是频率为2.45GHz的微波加热，或火焰加热，或油浴加热。
本发明的一维纳米结构单晶碲经XRD测定，结果表明它为纯的六方相的碲。所有峰的位置都与文献值相匹配[参见Joint Committee on Powder DiffractionStandards(JCPDS)，File No 36-1452.]。没有发现杂相峰，表明产品的纯度比较高。通过TEM照片，观察到本发明的产物均为尺度均匀的一维纳米结构(纳米棒、带或线)，且随着制备条件的不同，产物尺寸可以在很大范围内进行调整直径从(10～20)nm到(200～300)nm；长度从(500～600)nm到(8～10)μm。电子衍射花样表明它们均是碲的单晶。
本发明的制备一维纳米结构单晶碲的方法原料简单易得、条件温和、简便快速，所得的产物为纯的六方相的纳米碲单晶。产物均为尺度均匀的一维纳米结构(纳米棒、带或线)，且随着制备条件的不同，产物尺寸可以在很大范围内进行调整直径从(10～20)nm到(200～300)nm；长度从(500～600)nm到(8～10)μm。
四
图1为本发明的一维纳米结构Te单晶的XRD图；图2为本发明的一维纳米结构Te单晶的TEM照片(a～e)和选区电子衍射(SAED)图样(f)。
五具体实施例方式
实施例1.一维纳米结构单晶碲的制备在带有回流装置的100mL的圆底烧瓶中加入0.1g碲粉，1g NaOH，及20毫升乙二醇，用火焰加热至沸腾后保持2分钟，冷却，将所得黑色固体产物离心分离，依次用蒸馏水和乙醇洗涤几次，并将所得的沉淀物置于室温下抽真空干燥，得到黑色粉末碲，0.094克，产率94％。粉末XRD结果(见附图1)表明该产品为纯的六方相的碲。所有峰的位置都与文献值相匹配[参见Joint Committee onPowder Diffraction Standards(JCPDS)，File No 36-1452.]。没有发现杂相峰，表明产品的纯度比较高。通过TEM照片(见附图2a)观察到如此制备的碲纳米晶是直径为150～250nm，长度为2～4μm的单晶碲纳米棒，而且由选区电子衍射图样(见附图2f)可进一步证实这些纳米晶为六方相的单晶碲。
实施例2.一维纳米结构单晶碲的制备在带有回流装置的100mL的圆底烧瓶中加入0.03g碲粉，2g KOH，及20毫升乙二醇，将此体系置于微波炉中(工作频率2.45GHz；功率调为280W)加热至沸腾并保持3分钟，冷却，制备的其他条件同实施例1，同样也得到黑色粉末碲，0.028克，产率93％。其粉末XRD结果及选区电子衍射图样均与实施例1的结果相吻合，通过TEM照片(见附图2b)观察到其晶体形态是直径为40～60nm，长度为2～4μm的单晶碲纳米线或带。
实施例3.一维纳米结构单晶碲的制备将碲粉的量改为0.05g，碱改为2gNaOH，溶剂为20毫升丙三醇，将此体系置于微波炉中(工作频率2.45GHz；功率调为280W)加热至280℃，维持3分钟，冷却，制备的其他条件同实施例1。同样也得到类似于实施例1和实施例2的一维纳米结构单晶碲，产量0.045克，产率90％。其粉末XRD结果及选区电子衍射图样均与实施例1的结果相吻合，通过TEM照片(见附图2c)观察到其晶体形态是直径为20～30nm，长度为600～800nm的单晶碲纳米线或带。
实施例4.一维纳米结构单晶碲的制备将碲粉的量改为0.08g，碱改为2g NaOH，溶剂为20毫升乙二醇，将此体系置于微波炉中(工作频率2.45GHz；功率调为280W)加热至沸腾后维持3分钟，冷却，制备的其他条件同实施例1，同样也得到黑色粉末碲，0.072克，产率90％。其粉末XRD结果及选区电子衍射图样均与实施例1的结果相吻合，通过TEM照片(见附图2d)观察到其晶体形态是直径为250～300nm，长度为6～10μm的单晶碲纳米线或带。
实施例5.一维纳米结构单晶碲的制备将碲粉的量改为0.03g，碱改为3g KOH，溶剂为30毫升乙二醇中溶有0.3gPVP(K-30)，将此体系置于微波炉中(工作频率2.45GHz；功率调为280W)加热至沸腾3分钟，冷却，制备的其他条件同实施例1，同样也得到黑色粉末碲，0.023克，产率77％。其粉末XRD结果及选区电子衍射图样均与实施例1的结果相吻合，通过TEM照片(见附图2e)观察到其晶体形态是直径为10～20nm，长度为0.6～1.2μm的Te单晶纳米线。
实施例6.一维纳米结构单晶碲的制备将碲粉的量改为0.05g，碱改为6g KOH，溶剂为60毫升水，将此体系置于微波炉中(工作频率2.45GHz；功率调为280W)加热至沸腾后维持3分钟，冷却，制备的其他条件同实施例1。同样也得到类似于实施例1～5的一维纳米结构单晶碲，其直径为30～50nm，长度为600～800nm，产量0.04克，产率80％。
实施例7.一维纳米结构单晶碲的制备将碲粉的量改为0.03g，碱改为3g KOH，溶剂为20毫升乙二醇与水的混合物，醇与水的体积比为10/1，用油浴加热至沸腾后保持1分钟，冷却，制备的其他条件同实施例1。同样也得到类似于实施例1～5的一维纳米结构单晶碲，其直径为20～30nm，长度为500～800nm，产量0.026克，产率87％。
实施例8.一维纳米结构单晶碲的制备将碲粉的量改为0.03g，碱改为5g KOH，溶剂为20毫升丙三醇与水的混合物，醇与水的体积比为7/1，用油浴加热至沸腾后保持3分钟，冷却，制备的其他条件同实施例1。同样也得到类似于实施例1～5的一维纳米结构单晶碲，其直径为30～50nm，长度为800～1200nm，产量0.025克，产率85％。
实施例9.一维纳米结构单晶碲的制备将碲粉的量改为0.03g，碱改为4g KOH，溶剂为20毫升乙二醇，将此体系置于微波炉中(工作频率2.45GHz；功率调为280W)加热至沸腾后保持3分钟，冷却，制备的其他条件同实施例1。同样也得到类似于实施例1～5的一维纳米结构单晶碲，其直径为70～100nm，长度为7～10μm，产量0.028克，产率93％。
实施例10.一维纳米结构单晶碲的制备将碲粉的量改为0.03g，碱改为3g NaOH，溶剂为30毫升乙二醇中溶有0.01g SDBS，将此体系置于微波炉中(工作频率2.45GHz；功率调为280W)加热至沸腾后保持3分钟，冷却，制备的其他条件同实施例1。同样也得到类似于实施例1～5的一维纳米结构单晶碲，其直径为50～70nm，长度为1～2μm，产量0.025克，产率85％。
实施例11.一维纳米结构单晶碲的制备将碲粉的量改为0.03g，碱改为2g NaOH，溶剂为20毫升聚乙二醇-400，将此体系置于微波炉中(工作频率2.45GHz；功率调为280W)加热3分钟，冷却，制备的其他条件同实施例1。同样也得到类似于实施例1～5的一维纳米结构单晶碲，其直径为70～100nm，长度为500～800nm；产量0.022克，产率74％。
权利要求
1.一种制备一维纳米结构单晶碲的方法，其特征是将A克碲粉及(10～200)A克碱加入(200～2000)A毫升溶剂中，在带有回流装置的反应器中加热至100-280℃后保持1～3分钟，冷却，将所得黑色固体产物与溶液离心分离，用蒸馏水和乙醇依次洗涤，并将所得的黑色固体产物置于真空和室温下干燥，得到黑色粉末，即为一维纳米结构单晶碲。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的溶剂是水、乙二醇、丙三醇或聚乙二醇，或者乙二醇、丙三醇或聚乙二醇其分别与水的混合物，其中水的体积分数为0-100％。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是溶剂中含有(0.3～10)A克表面活性剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是所述的表面活性剂为聚吡咯烷酮或十二烷基苯磺酸钠。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的加热方式是频率为2.45GHz的微波加热，或火焰加热，或油浴加热。
全文摘要
一种制备一维纳米结构单晶碲的方法，它是将Ag碲粉及(10～200)Ag碱加入(200～2000)A毫升溶剂中，在带有回流装置的反应器中加热至沸腾后保持1～3分钟，冷却，将所得黑色固体产物与溶液离心分离，用蒸馏水和乙醇依次洗涤，并将所得的沉淀物置于真空和室温下干燥，得到黑色粉末，即为一维纳米结构单晶碲。所得的产物为纯的六方相的碲纳米单晶。产物均为尺度均匀的一维纳米结构(纳米棒、带或线)，且随着制备条件的不同，产物尺寸可以在很大范围内进行调整直径从(10～20)nm到(200～300)nm；长度从(500～600)nm到(8～10)μm。本发明的制备一维纳米结构单晶碲的方法简单、原料易得、条件温和、简便快速。
文档编号C30B29/60GK1661138SQ20041006607
公开日2005年8月31日 申请日期2004年12月17日 优先权日2004年12月17日
发明者朱俊杰, 周泊 申请人:南京大学, 南京师范大学