Bi₂Te₃热电化合物纳米粉体的制备方法

专利名称：Bi₂Te₃热电化合物纳米粉体的制备方法
技术领域：
本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种Bije.,热电化合物纳米粉体的制备方法。
技术背景新能源材料是二十一世纪人类可继续发展不可却少的重要物质基础之一。低维化热电材 料被认为是二十一世纪一种新型的、环境友好的新能源材料，在热电发电及热电制冷方面显 示出广阔的应用前景。Bi/Te,基化合物是目前室温附近应用最好的热电材料，将其结构纳米化是大幅度降低其 品格热导率，增加赛贝克系数，进而大幅度提高热电优值和转换效率的有效途径。但是，近 50年來，这种材料的热电优值一直徘徊在1左右，理论和实验同时表明低维化可以提高热电 材料的热电性能，颗粒尺寸越小，其量子限域效应和小尺寸效应越明显，对材料得热电性能 的改进越明显，而不同的制备方法可获得不同的微结构。目前Bi/Te:,热电化合物的纳米粉体 的制备方法有水热和溶剂热法、微波合成法、超声化学法、电化学法、有机金属前驱体和化 学合金。不同的制备方法得到的BiJe:,化合物材料微结构和性能不尽相同，各有其优缺点， 但都难以得到平均粒径小于30nm的高纯的均匀的Bi2Te:;纳米粉体。 发明内容本发明的目的在于提供--种粒径细小、均匀、纯度高的Bi/Te:,热电化合物纳米粉体的制备方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案是Bim热电化合物纳米粉体的制备方法，其特征在于它包括如下歩骤1) .将Te:NaBH,i按摩尔比l:2.0 '2. 1选取后混合，并加入去离子水，去离子水与Te 的配比是4 32ml: lg;然后置于冰水浴中搅拌反应0. 5 3小时，得到NaHTe溶液，为A溶 液；2) .配制浓度为0. 05 0. 5mol/L的Bi (NO:,h. 5H20水溶液，调节pH值为9 12，为B 溶液；3) .将B溶液在Ar气气氛下脱气3 10min后，然后按B溶液中Bi离子与A溶液中Te 离子的摩尔比=(2. 1 2. 3) :3，加入A溶液；在Ar气气氛下加热到70 90°C ，搅拌反应3 5h;4) 将歩骤3)得到的产物经去离子水常温下超声、洗涤离心3 5次，真空冷冻干燥， 得到Bi2Te3热电化合物纳米粉体。所述歩骤":l)中离心转速为10000 12000rpm、时间为l 10min。所述步骤4)中冷冻干燥的温度为一85'C以下、时间为3 6h、真空度小于0.006mbar。 本发明的有益效果是1、 采用低温湿化学，反应周期短，反应时间为3 8h即可得到颗粒均匀的Bi/Te:,热电化 合物纳米粉体(比现有报道的低温48h合成，高温100 180'C反应10 24h时间要短的多)； 原料廉价易得，选用的是价格廉价的Bi(NO),和Te粉为原料，无毒环保(没有使用有毒的 Te化合物或者昂贵的有机金属溶剂为原料)；生产设备简单、能耗低、工艺简单易控、易于 大规模工业产；2、 该方法制备的Bi2Te3热电化合物纳米粉体粒径细小(颗粒尺寸为20 30nm)，在不添 加表面活性剂的条件下，得到的没被表面活性剂的残留成分污染的粉体的粒径都小于30nm(颗粒比现有报道的大约50nm的粉体直径小、均匀)，颗粒分布均匀，纯度高，没有第二相。3、 粒径可控通过控制搅拌反应的温度和时间以及真空冷冻干燥的工艺条件，获得所 需要的粒径。


图1为本发明的工艺流程图； 图2为本发明的实施例1的X射线衍射(XRD)图； 图3为本发明的实施例1的场发射扫描电镜(FESEM)照片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实例进一歩阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅 仅局限于下面的实施例。 实施例1:如图l所示，--种Bi/Te:,热电化合物纳米粉体的制备方法，它包括如下歩骤1) .将4mmolTe和8誦olNa朋,置于加橡皮塞的玻璃瓶中混合，并加入8ml的去离子水； 然后将玻璃瓶置于冰水浴中搅拌反应1小时，反应过程中体系通过一个小的针孔与大气相通， 搅拌得到无色通明的NaHTe溶液，为A溶液；2) .配制浓度为0. 5mol/L的Bi (NO:,) 3. 5H20水溶液50ml ，调节pH值为12 (用碱调节pH 值，如NaOH)，为B溶液；3) .将B溶液在Ar气气氛下脱气3min后，然后加入6ml的A溶液；在Ar气气氛下加热 到8(TC，搅拌反应4h;其反应原理如下2Na++4BH4—+2Te+7H20=2HTe—十N&BA小十14H2 f 3HTe—+2Bi3++30H—=2Bi +3Te +3H20 2Bi+3Te=Bi2Te:,4) 将歩骤3)得到的产物经去离子水常温下超声、洗涤离心3次，离心转速为12000rpm、 时间为5min;真空冷冻干燥，冷冻干燥的温度为一85'C以下、时间为6h、真空度小于 0. 006mbar，得到颗粒均匀的Bi/re3热电化合物纳米粉体。得到的Bi2Te:i热电化合物纳米粉体 的粒径为20 3〔)nm。图2说明得到的81/^..,热电化合物纳米粉体是单相(纯度高)；图3说明得到的Bi/I'e:, 热电化合物纳米粉体的粒径为20 30nm。 实施例2:一种Bi2Te,热电化合物纳米粉体的制备方法，它包括如下步骤1) .将Te:NaBH4按摩尔比1:2.0选取后，置于加橡皮塞的玻璃瓶中混合，并加入去离 子水，去离子水与Te的配比是4ml:lg;然后将玻璃瓶置于冰水浴中搅拌反应0. 5小时，反 应过程中体系通过一个小的针孔与大气相通，搅拌得到无色通明的NaHTe溶液，为A溶液；2) 配制浓度为0. 05mol/L的Bi (N0:i) 3. 5H20水溶液，调节pH值为9 (用碱调节pH值， 如NaOH)，为B溶液;3) .将B溶液在Ar气气氛下脱气3min后，然后按B溶液中Bi离子与A溶液中Te离子 的摩尔比=2. 1:3，加入A溶液；在Ar气气氛下加热到70°C，搅拌反应3h;4) 将步骤3)得到的产物经去离子水常温下超声、洗涤离心3次，离心转速为10000rpm、 时间为lmin;真空冷冻干燥，冷冻干燥的温度为一85"C以下、时间为3h、真空度小于 0. 006油ar，得到颗粒均匀的Bi2Te:;热电化合物纳米粉体。实施例3:一种Bi2Te:,热电化合物纳米粉体的制备方法，它包括如下步骤1) .将Te:NaBH.,按摩尔比1: 2. 1选取后，置于加橡皮塞的玻璃瓶中混合，并加入去离 子水，去离子水与Te的配比是32ml:lg;然后将玻璃瓶置于冰水浴中搅拌反应3小时，反应 过程中体系通过一个小的针孔与大气相通，搅拌得到无色通明的NaHTe溶液，为A溶液；2) .配制浓度为0. 5mol/L的Bi (NO:,):, 5H20水溶液，调节pH值为12 (用碱调节pH值， 如Na.()H)，为B溶液;3) .将B溶液在Ar气气氛下脱气10min后，然后按B溶液中Bi离子与A溶液中Te离 子的摩尔比2. 3:3，加入A溶液；在Ar气气氛下加热到90。C，搅拌反应5h;4) 将歩骤3)得到的产物经去离子水常温下超声、洗涤离心5次，离心转速为12000rpm、 时间为10min;真空冷冻干燥，冷冻干燥的温度为一85'C以下、时间为6h、真空度小于 0. 006mbar，得到颗粒均匀的Bije:,热电化合物纳米粉体。
权利要求
1.Bi2Te3热电化合物纳米粉体的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1).将Te∶NaBH4按摩尔比1∶2.0～2.1选取后混合，并加入去离子水，去离子水与Te的配比是4～32ml∶1g；然后置于冰水浴中搅拌反应0.5～3小时，得到NaHTe溶液，为A溶液；2).配制浓度为0.05～0.5mol/L的Bi(NO3)3.5H2O水溶液，调节pH值为9～12，为B溶液；3).将B溶液在Ar气气氛下脱气3～10min后，然后按B溶液中Bi离子与A溶液中Te离子的摩尔比＝2.1～2.3∶3，加入A溶液；在Ar气气氛下加热到70～90℃，搅拌反应3～5h；4)将步骤3)得到的产物经去离子水常温下超声、洗涤离心3～5次，真空冷冻干燥，得到Bi2Te3热电化合物纳米粉体。
2. 根据权利要求l所述的Bi2Te3热电化合物纳米粉体的制备方法，其特征在于所述歩 骤4)中离心转速为10000 12000rptn、时间为1 10min。
3. 根据权利要求1所述的BiJe.,热电化合物纳米粉体的制备方法，其特征在于所述歩 骤4)中冷冻干燥的温度为一85t:以下、时间为3 6h、真空度小于O. 006mbar。
全文摘要
本发明涉及一种Bi₂Te₃热电化合物纳米粉体的制备方法。Bi₂Te₃热电化合物纳米粉体的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1)将Te∶NaBH₄按摩尔比1∶2.0～2.1选取后混合，并加入去离子水，得到NaHTe溶液，为A溶液；2)配制浓度为0.05～0.5mol/L的Bi(NO₃)₃·5H₂O水溶液，调节pH值为9～12，为B溶液；3)将B溶液在Ar气气氛下脱气3～10min后，加入A溶液；在Ar气气氛下加热到70～90℃，搅拌反应3～5h；4)将步骤3)得到的产物经去离子水常温下超声、洗涤离心3～5次，真空冷冻干燥，得到Bi₂Te₃热电化合物纳米粉体。该方法反应周期短、工艺简单易控、可适用于大规模制备，该方法制备的Bi₂Te₃热电化合物纳米粉体粒径细小、均匀、纯度高。
文档编号C01B19/04GK101327916SQ20081004844
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月17日 优先权日2008年7月17日
发明者唐新峰, 张清杰, 伟 柳, 郑艳丽 申请人:武汉理工大学