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解决方案 | XH-800SE 微波辅助合成具有强吸收性能的黄铁矿FeS2微球

发布时间:
2021/08/12 15:22
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微波辅助合成具有强吸收性能的黄铁矿FeS2微球


 
简介
 

黄铁矿(FeS2)也被称为 "傻瓜金",由于其合适的带隙(Eg = 0.95 eV)、高光吸收系数(α > 105 cm-1,hμ > 1.3 eV)[1]、低成本、无毒以及与其他候选材料相比具有巨大的丰富性,因而引起了人们的极大兴趣。黄铁矿FeS2的光吸收系数大大高于晶体硅,使得黄铁矿FeS2可以作为薄膜太阳能电池和光伏电池的吸收剂[2]。然而,天然大块黄铁矿FeS2中杂质相(FeS、Fe3S4和马氏体FeS2)的共存,使采购纯相黄铁矿FeS2变得复杂,这些杂质导致低效率的光电转换[3, 4],并限制了相关设备的开发。因此,必须开发新的方法来合成纯相、均质的黄铁矿FeS2。

到目前为止,已经报道了各种黄铁矿FeS2的合成路线。Xia等人[5]利用一步水热法,成功地获得了直径为10nm到35nm的FeS2纳米晶体,Zhang等人[6]通过溶热法合成了芽状FeS2微球。硫化Fe2O3纳米棒[7]、化学气相沉积[8]、溶剂诱导的定向附着[9]和热注射途径[10]也被用来获得黄铁矿FeS2。此外,黄铁矿已被合成为不同的形状,包括微型八面体[11]、纳米线[12]、纳米立方体[13]和纳米管[14]。然而,传统的方法通常有反应时间长、加热不均匀、产量低、过程复杂等缺点。因此,探索一种简单而有效的方法来合成纯相的FeS2仍然是一个挑战。近年来,微波辅助方法逐渐发展起来,现在已经应用于许多领域,如有机和无机合成。微波辅助方法中吸收介质和微波之间的相互作用产生热量,并允许快速和均匀地加热。与传统的加热方法不同。微波辅助方法有利于均匀、快速、便捷、清洁和易于控制的加热[15, 16]。最近的研究使用微波辅助方法合成Ag2S[17]、NiS2[18]、CuS2[19]和Fe3O4[20]。Kim EJ等人[21]采用微波辅助方法获得黄铁矿FeS2,然而,他们使用含有氮气的手套箱增加了合成过程的不便和复杂性。类似的实验得到的产品形态不均匀,尺寸大[22, 23]。考虑到上述问题,本研究利用一个简单高效的微波辅助系统来合成纯相、均匀和形状规则的黄铁矿FeS2。合成系统的温度检测器被放置在溶液的内部以实现精确的温度控制。整个加热过程中的搅拌确保了反应的完成。得到的黄铁矿FeS2微球具有纯相、均匀形态和高结晶性,平均尺寸约为1.1μm。研究了表面活性剂和反应时间对产品的相和形态的影响。

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结论
 

通过一种简便有效的微波辅助方法,成功地合成了形态均匀、平均尺寸约为1.1μm的纯相黄铁矿FeS2微球。通过XRD、HRTEM、拉曼光谱和XPS很好地证实了FeS2微球的纯相和高结晶结构。光学吸收光谱表明,获得的黄铁矿FeS2是一种有前途的太阳能吸收应用的候选材料。表面活性剂可以影响产品的相貌、形态和吸收特性。 相对较长的反应时间对于形成均匀的、表面光滑的微球是非常理想的。表面光滑的均匀微球。微波辅助法可以快速合成均匀的黄铁矿FeS2,并具有更好的吸收性能。与高压溶胶加热法相比,微波辅助法可以快速合成均匀的黄铁矿FeS2,并具有更好的吸收性能。