一种系列一维螺旋纳米异质结及其制备方法

本发明属于纳米材料，尤其涉及一种系列一维螺旋纳米异质结及其制备方法。

背景技术：

1、一维半导体纳米异质结在过去数十年的研究中一直被广泛关注。一维纳米异质结具有直径可调的能带结构、强载流子-载流子相互作用、大光吸收截面积、长距离载流子输运、低的俄歇复合速率以及强的各向异性等优势，能够被广泛应用于电子学、光电子学、能源、环境以及生物医药等领域。其中，一维螺旋纳米结构因其光学活性高、稳定性好、导电性高而备受关注。

2、美国《自然通讯》（nature communication 2009年10期2页）报道了一种热力学极限条件下的外延生长，制备出了一种znse/zns螺旋结构核壳纳米棒，并通过手性配体交换获得具有独特手性的螺旋结构核壳纳米棒，并且螺旋结构核壳纳米棒具有比其他形貌的一维纳米异质结高的手性活性。美国《自然材料》（nature material 2014年14期66页）报道了一种在手性光诱导下的cdte自组装成具有手性光学活性的一维螺旋纳米结构，可以通过调控手性光来精准获得单一手性的一维螺旋纳米结构，且这种螺旋纳米结构具有良好的手性光学活性。美国《自然》（nature 2012年483卷311页）报道了一种自下而上的化学组装方法，利用dna折纸技术将金纳米颗粒与dna链组装成螺旋纳米结构，在可见光波段表现出明确的圆形二色性和光学旋转色散效应，具有良好的手性光学活性。

3、由此可见，一维螺旋结构纳米异质结是一种十分具有研究意义和应用前景的纳米材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种系列一维螺旋纳米异质结及其制备方法。本发明制备方法制得的一维螺旋纳米异质结形貌及尺寸均匀，且能够容忍大的晶格失配度。

2、本发明提供一种系列一维螺旋纳米异质结的制备方法，包括以下步骤：

3、a）利用催化生长法制备ag2s-zns纳米线，然后用烷基磷去除所述ag2s-zns纳米线中的端点ag2s，得到纯胶体zns纳米线；所述纯胶体zns纳米线的直径为10~18nm；

4、b）将银源溶液与所述纯胶体zns纳米线的分散液混合，进行离子交换反应，得到zns@ag2s螺旋纳米异质结；

5、所述银源溶液为银源溶于溶剂所得溶液；

6、所述纯胶体zns纳米线的分散液为所述纯胶体zns纳米线分散于溶剂中所得的分散液；

7、c）将金属源溶液、烷基磷和所述zns@ag2s螺旋纳米异质结的分散液混合，进行离子交换反应，得到系列zns@mxsy螺旋纳米异质结；

8、所述金属源溶液为金属源溶于溶剂中所得溶液；

9、所述zns@ag2s螺旋纳米异质结的分散液为所述zns@ag2s螺旋纳米异质结分散于溶剂中所得的分散液；

10、m为所述金属源中的金属元素。

11、优选的，所述步骤d）中：

12、所述金属源为镉源、铅源、钴源和汞源中的至少一种；

13、所述烷基磷为三正辛基膦和/或三丁基膦；

14、所述离子交换反应的温度为60~100℃，时间为20~60min。

15、优选的，所述镉源为氯化镉、乙酸镉和硝酸镉中的至少一种；

16、所述铅源为氯化铅、乙酸铅和硝酸铅中的至少一种；

17、所述钴源为氯化钴、乙酸钴和硝酸钴中的至少一种；

18、所述汞源优选为氯化汞、乙酸汞和硝酸汞中的至少一种。

19、优选的，所述烷基磷与所述金属源溶液中金属源的用量比优选为1ml∶(10~50)mg；

20、所述金属源中的金属原子与zns@ag2s螺旋纳米异质结中ag原子的摩尔比优选为1∶(0.2~2.5)。

21、优选的，步骤b）中，所述离子交换反应的温度为10~40℃，时间为5~60min。

22、优选的，步骤a）具体包括：

23、a1）将银源、锌源、硫源和有机溶剂混合加热反应，得到ag2s-zns纳米线；

24、a2）将烷基磷与溶剂混合，得到烷基磷溶液；

25、a3）将所述ag2s-zns纳米线与溶剂混合，得到ag2s-zns纳米线分散液；

26、a4）将所述烷基磷溶液与ag2s-zns纳米线分散液混合反应，得到纯胶体zns纳米线；

27、其中，步骤a1）和步骤a2）没有顺序限制，步骤a2）和步骤a3）没有顺序限制。

28、优选的，步骤a1）中，所述加热反应的温度为185~280℃，时间为30~90min。

29、优选的，步骤a4）中，所述反应的温度为15~40℃，时间为3~6h。

30、优选的，步骤a2）中，所述烷基磷为三正辛基膦和/或三丁基膦。

31、本发明提供一种系列一维螺旋纳米异质结，按照上文所述的制备方法制得；

32、所述一维螺旋纳米异质结具有核心纳米线zns和包覆于所述核心纳米线表面的螺旋结构壳层mxsy；m为镉、铅、钴和汞中的一种或几种。

33、本发明提供了一种系列一维螺旋纳米异质结的制备方法，包括以下步骤：a）利用催化生长法制备ag2s-zns纳米线，然后用烷基磷去除所述ag2s-zns纳米线中的端点ag2s，得到纯胶体zns纳米线；所述纯胶体zns纳米线的直径为10~18nm；b）将银源溶液与所述纯胶体zns纳米线的分散液混合，进行离子交换反应，得到zns@ag2s螺旋纳米异质结；所述银源溶液为银源溶于溶剂所得溶液；所述纯胶体zns纳米线的分散液为所述纯胶体zns纳米线分散于溶剂中所得的分散液；c）将金属源溶液、烷基磷和所述zns@ag2s螺旋纳米异质结的分散液混合，进行离子交换反应，得到系列zns@mxsy螺旋纳米异质结；所述金属源溶液为金属源溶于溶剂中所得溶液；所述zns@ag2s螺旋纳米异质结的分散液为所述zns@ag2s螺旋纳米异质结分散于溶剂中所得的分散液；m为所述金属源中的金属元素。本发明制得的zns@mxsy螺旋纳米异质结形貌及尺寸均匀，且能够容忍大的晶格失配度。本发明基于无机固体中的超瑞利流体不稳定性，在纳米线直径较小的时候（4-10nm），会趋向于发生无机固体的瑞利不稳定性现象，合成出轴向周期性纳米异质结，在纳米线直径较粗的时候（10-18nm），趋向于形成螺旋纳米异质结构，本发明先制备得到具有特定成分的螺旋纳米异质结，然后通过区域选择性离子交换实现不同组分功能性纳米材料的集成，精准合成出了一维螺旋纳米异质结库，同时也为一维纳米异质结的设计和合成开辟了一条新的途径。

技术特征：

1.一种系列一维螺旋纳米异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤d）中：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述镉源为氯化镉、乙酸镉和硝酸镉中的至少一种；

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述烷基磷与所述金属源溶液中金属源的用量比优选为1ml∶(10~50)mg；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b）中，所述离子交换反应的温度为10~40℃，时间为5~60min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a）具体包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤a1）中，所述加热反应的温度为185~280℃，时间为30~90min。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤a4）中，所述反应的温度为15~40℃，时间为3~6h。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤a2）中，所述烷基磷为三正辛基膦和/或三丁基膦。

10.一种系列一维螺旋纳米异质结，按照权利要求1~8任意一项所述的制备方法制得；

技术总结本发明提供一种系列一维螺旋纳米异质结及其制备方法，包括以下步骤：A）利用催化生长法制备Ag<subgt;2</subgt;S‑ZnS纳米线，然后用烷基磷去除所述Ag<subgt;2</subgt;S‑ZnS纳米线中的端点Ag<subgt;2</subgt;S，得到纯胶体ZnS纳米线；纯胶体ZnS纳米线的直径为10~18nm；B）将银源溶液与纯胶体ZnS纳米线的分散液混合，进行离子交换反应，得到ZnS@Ag<subgt;2</subgt;S螺旋纳米异质结；C）将金属源溶液、烷基磷和ZnS@Ag<subgt;2</subgt;S螺旋纳米异质结的分散液混合，进行离子交换反应，得到系列ZnS@M<subgt;x</subgt;S<subgt;y</subgt;螺旋纳米异质结。本发明先制备得到螺旋纳米异质结，然后通过区域选择性离子交换实现不同组分功能性纳米材料的集成，精准合成出了一维螺旋纳米异质结库。技术研发人员：俞书宏,邵振潮,李毅,张宇卓,张崇受保护的技术使用者：中国科学技术大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29