專利名稱：用二乙二醇作溶劑制備純相、單分散的ZnS納米晶的方法
用二乙二醇作溶劑制備純相、單分散的ZnS納米晶的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是關(guān)于納米材料的，特別涉及一種采用溶液化學(xué)法，用二乙二醇作溶劑制備純相、單分散的ZnS納米晶。
背景技術(shù)：
硫化鋅以其優(yōu)良的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)，開辟了其在場發(fā)射、催化劑、太陽能電池、傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用。作為一種良好的光電半導(dǎo)體材料，ZnS可以有不同的發(fā)光形式，包括光致發(fā)光(PU、陰極射線致發(fā)光(CL)、電致發(fā)光(EU、電化學(xué)發(fā)光(ECL)、熱釋發(fā)光(TL)等。由于納米尺度的晶粒尺寸會導(dǎo)致材料各種性質(zhì)的變化，ZnS納米晶的出現(xiàn)也使其具有及其良好的光學(xué)性質(zhì) 和電學(xué)性質(zhì)，進(jìn)一步擴(kuò)大了其各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
ZnS納米材料的合成方面，目前為止主要應(yīng)用微乳液法或反膠束法、化學(xué)氣相沉積法、水熱法、均勻沉淀法、溶膠_凝膠法、熱解法、熱溶劑法、模板法等合成了各種形態(tài)的ZnS 納米材料，包括零維的納米晶、核殼結(jié)構(gòu)納米晶，一維的納米線、納米帶，二維的納米片以及一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)如嵌段結(jié)構(gòu)、接枝結(jié)構(gòu)等。在合成納米材料的過程中最大的問題是解決其分散性，因?yàn)樾〕叽绲募{米材料表面活性較高，容易團(tuán)聚在一起。到目前為止，在合成ZnS 納米晶的試驗(yàn)中，大多采用了有毒物質(zhì)做溶劑，對環(huán)境破壞嚴(yán)重且不利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是克服現(xiàn)有技術(shù)所制備ZnS納米材料的分散性差、大多采用有毒物質(zhì)做溶劑的缺點(diǎn)，提供一種采用溶液化學(xué)法，以綠色環(huán)保的二乙二醇為溶劑合成無任何雜相并且分散性良好的閃鋅礦ZnS納米晶。
本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)
用二乙二醇作溶劑制備純相、單分散的ZnS納米晶的方法，具有如下步驟
( I)配置前驅(qū)液
將六水硝酸鋅溶解在二乙二醇溶劑中，配置鋅源前驅(qū)液，每ml溶劑中含O.ImmolZn(NO3)2 ·6Η20，置于磁力攪拌器上攪拌至完全溶解；將硫代乙酰胺和聚乙烯吡咯烷酮簡稱PVP溶解在二乙二醇溶劑中，配置硫源基液，每ml溶劑中含O. 025mmol硫代乙酰胺和O. 00125gPVP，置于電熱套中攪拌至完全溶解；
(2)合成制備氧化鋅納米晶
將步驟(I)完全溶解的硫源基液倒入裝有冷凝管的三口燒瓶中，通入氮?dú)饬?，從室溫開始以10°c /min加熱，到達(dá)200°C時(shí)將鋅源前驅(qū)液立刻注入硫源基液中，其中鋅源前驅(qū)液與硫源基液混合后的Zn: S摩爾比為1:1，混合溶液穩(wěn)定在180°C 200°C回流lOmin，然后用水冷卻至室溫；制得氧化鋅納米晶產(chǎn)物溶液。
(3)清洗氧化鋅納米晶
在步驟(2)所得到的氧化鋅納米晶產(chǎn)物溶液中加入等體積的無水乙醇進(jìn)行稀釋， 混合均勻后分裝于離心管中在9000-12000r/min下離心分離，如此再采用5倍體積過量的3無水乙醇洗滌_離心清洗3飛次，最終將洗滌后的納米晶分散在酒精中密閉保存。
所述步驟(2)優(yōu)選的回流溫度為180°C。
本發(fā)明的有益效果是
本專利采用溶液化學(xué)法合成ZnS納米材料，用具有較高沸點(diǎn)的綠色環(huán)保的極性溶劑二乙二醇做溶劑，加入一定量的輔助劑合成了無任何雜相并且分散性良好的閃鋅礦ZnS 納米晶，整個(gè)制備過程綠色無污染，程序設(shè)備簡單，制備成本低。在無污染的環(huán)境下制備出分散性良好的ZnS納米晶，很適合規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。



圖I是本發(fā)明所得ZnS納米晶的XRD圖譜圖2是本發(fā)明所得ZnS納米晶的TEM圖片圖3是本發(fā)明所得ZnS納米晶的SEM圖譜圖4是本發(fā)明所得ZnS納米晶的EDS圖譜圖5是本發(fā)明所得ZnS納米晶的UV-Vis圖譜。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明所用原料為市售分析純試劑，具體實(shí)施例如下。
(I)配置前驅(qū)液
在燒杯中將Immol Zn (NO3)2 · 6H20溶解在IOml 二乙二醇中做鋅源前驅(qū)液，置于磁力攪拌器上攪拌至完全溶解；在三口燒瓶中將Immol硫代乙酰胺和O. 05gPVP溶解在40ml 二乙二醇中做硫源基液，置于電熱套中攪拌至完全溶解。
(2)合成制備氧化鋅納米晶
將步驟(I)完全溶解的硫源基液從室溫開始以10°C /min加熱，到達(dá)200°C時(shí)將鋅源前驅(qū)液立刻注入硫源基液中，其中鋅源前驅(qū)液與硫源基液混合后的Zn: S摩爾比為1: 1， 混合溶液穩(wěn)定在180°C回流lOmin，然后用水冷卻至室溫。整個(gè)反應(yīng)過程都是在向三口燒瓶中通入氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行。
(3)清洗硫化鋅納米晶
在步驟(2)所得到的硫化鋅納米晶產(chǎn)物溶液中加入50ml酒精并混合均勻，隨后分裝于離心管中在9000-12000r/min下離心分離，如此再采用5倍體積過量的無水乙醇洗滌_離心清洗4次，最終將洗滌后的納米晶分散在酒精中密閉保存；
(4)樣品測試
提取步驟(3)分散在酒精中的納米晶懸浮液，滴在銅網(wǎng)上，用吹風(fēng)機(jī)吹干，作為透射電子顯微鏡測試樣品 ；將納米晶的酒精懸浮液稀釋至半透明狀態(tài)，作為紫外-可見光譜測試樣品；提取分散在酒精中的納米晶懸浮液，在烘箱中于60°C下烘干并研磨，作為X射線衍射儀測試樣品。
采用測試分析儀器如下
I、采用 Rigaku D/Max 2500V/PC X 射線衍射儀(CuKa 輻射線 λ=1.541 A)對納米晶粉末聚集體進(jìn)行晶相和粒徑分析。其中，工作電壓為40kV，工作電流為200mA，掃描角度為10-90°，掃描速度為8° /min。
2、采用Tecnai G2F20型場發(fā)射透射電子顯微鏡對納米晶形貌及晶格結(jié)構(gòu)進(jìn)行低倍和高倍分析，觀察分散性和生長形態(tài)。
3、采用Hatchi S-4800場發(fā)射掃描電子顯微鏡對納米晶聚集體進(jìn)行樣品形貌的分析，試樣為噴金樣品。
4、采用Hatchi S-4800場發(fā)射掃描電子顯微鏡配備的Genesis XM2能譜儀對納米晶聚集體進(jìn)行樣品的化學(xué)元素成分分析，試樣為噴金樣品，通過元素比例來判定樣品是否為單一相。
5、紫外可見吸收光譜分析(UV-Vis)采用Tu-1901紫外-可見分光光度計(jì)測量波長范圍為200-900nm的光吸收系數(shù)，并用來計(jì)算納米晶的禁帶寬度。
米晶。
米晶。
3. 75eV0圖I是本發(fā)明所得ZnS納米晶的XRD圖譜，說明得到的是單相閃鋅礦結(jié)構(gòu)ZnS納圖2是本發(fā)明所得ZnS納米晶的TEM圖片，說明得到的是單分散的ZnS納米晶。圖3是本發(fā)明所得ZnS納米晶的SEM圖譜，說明ZnS納米晶的粒徑分布均勻。圖4是本發(fā)明所得ZnS納米晶的EDS圖譜，說明得到的是接近化學(xué)計(jì)量的ZnS納圖5是本發(fā)明所得ZnS納米晶的UV-Vis圖譜，說明得到的ZnS納米晶禁帶寬度為權(quán)利要求
1.一種用二乙二醇作溶劑制備純相、單分散的ZnS納米晶的方法，具有如下步驟 (O配置前驅(qū)液 將六水硝酸鋅溶解在二乙二醇溶劑中，配置鋅源前驅(qū)液，每ml溶劑中含O.ImmolZn(NO3)2 ·6Η20，置于磁力攪拌器上攪拌至完全溶解；將硫代乙酰胺和聚乙烯吡咯烷酮簡稱PVP溶解在二乙二醇溶劑中，配置硫源基液，每ml溶劑中含O. 025mmol硫代乙酰胺和O. 00125gPVP，置于電熱套中攪拌至完全溶解； (2)合成制備氧化鋅納米晶 將步驟(I)完全溶解的硫源基液倒入裝有冷凝管的三口燒瓶中，通入氮?dú)饬?，從室溫開始以10°C /min加熱，到達(dá)200°C時(shí)將鋅源前驅(qū)液立刻注入硫源基液中，其中鋅源前驅(qū)液與硫源基液混合后的Zn: S摩爾比為1:1，混合溶液穩(wěn)定在180°C 200°C回流lOmin，然后用水冷卻至室溫；制得氧化鋅納米晶產(chǎn)物溶液。
(3)清洗氧化鋒納米晶 在步驟(2)所得到的氧化鋅納米晶產(chǎn)物溶液中加入等體積的無水乙醇進(jìn)行稀釋，混合均勻后分裝于離心管中在9000-12000r/min下離心分離，如此再采用5倍體積過量的無水乙醇洗滌-離心清洗3飛次，最終將洗滌后的納米晶分散在酒精中密閉保存。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的用二乙二醇作溶劑制備純相、單分散的ZnS納米晶的方法，其特征在于，所述步驟(2)優(yōu)選的回流溫度為180°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用二乙二醇作溶劑制備純相、單分散的ZnS納米晶的方法先將Zn(NO3)2·6H2O溶于二乙二醇中，溶解后作為鋅源前驅(qū)體溶液；然后將硫代乙酰胺，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于二乙二醇中，溶解后作為硫源前驅(qū)體溶液。再將硫源前驅(qū)體溶液倒入裝有冷凝管的三口燒瓶中，通入氮?dú)饬鳎訜?，再注入鋅源前驅(qū)體溶液，其中Zn:S摩爾比為1:1；在180℃～200℃回流10min，然后用水冷卻至室溫；再用無水乙醇離心清洗后，將氧化鋅納米晶分散在酒精中密閉保存。本發(fā)明合成了無任何雜相并且分散性良好的閃鋅礦ZnS納米晶，制備過程無污染，設(shè)備簡單，制備成本低，適合規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。
文檔編號C01G9/08GK102923759SQ201210433229
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者鄭學(xué)榮, 靳正國 申請人:天津大學(xué)