專利名稱：一種納米Bi₂S₃薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米Bi2S3材料的制備方法,具體涉及一種納米Bi2S3薄膜 的制備方法。
背景技術(shù)：
Bi2S3屬于正交(斜方)晶系，晶體呈長柱狀或針狀，是一種重要的半導(dǎo)
體材料(直接禁帶Eg二1.2 1.7ev)具有很多的潛在應(yīng)用如光電二極管或光 電池、光催化劑、生物標簽、電化學電池等。目前，有關(guān)硫化鉍的研究受到 了很大的關(guān)注。隨著Bi2S3的納米化，不僅能引起吸收波長與熒光發(fā)射發(fā)生藍 移，還能產(chǎn)生非線性光學響應(yīng)，并增強納米粒子的氧化還原能力，具有更優(yōu) 異的光催化活性，在發(fā)光材料、非線性光學材料、光催化材料等方面有著廣 泛的應(yīng)用前景。
迄今為止，許多研究者運用離子液法、熱溶劑法、水熱法、微波水熱法
等方法已經(jīng)成功地合成出了不同結(jié)構(gòu)的Bi2S3納米材料如趙榮祥、徐鑄德、李
赫和許慧麗等人[趙榮祥，徐鑄德，李赫等.無機化學學報，2007， 5(23): 839-843.]采用硝酸鉍和硫脲為先驅(qū)原料，以離子液為反應(yīng)介質(zhì)，合成了硫 化鉍單晶納米棒；古國華，王巍，呂偉麗，胡正水等人[古國華，王巍，呂 偉麗，胡正水.稀有金屬材料與工程，2007， 36(8): 108-111.]利用熱溶劑法 制備了玫瑰花狀的Bi2S3納米材料；Sheng-Cong Liufu, Li-Dong Chen, Qun Wang 等[Sheng-Cong Liufu， Li-Dong Chen， Qun Wang, and Qin Yao. Qysz^Z ^ro時力(g/few'^3. 2007， 7(4): 639-643.]利用水熱處理法在較低溫度制得了結(jié)晶完整、均勻的納米Bi2S3薄膜，得到的硫化鉍晶體為單晶，沿(001) 晶面生長；Wen—hui Li[Wen-hui Li. i/aterj'a/s Ze"er5. 2008 (62): 243-245]通過微波水熱法合成了 Bi2Ss納米線?？梢?，81&納米材料具有很 多潛在的應(yīng)用，很多石開究學者都致力于通過各種方法制備納米Bi2S3材料。但 是到目前為止，電沉積法制備納米Bi2S3薄膜的制備還未見報道。電沉積法制 備薄膜可常溫下進行、易于進行大面積沉積、易于調(diào)控薄膜的組成和厚度， 操作簡單、安全，具有很大的發(fā)展前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種不僅制備成本低，而且操作簡單、反應(yīng)周期短 的納米Bi2S3薄膜的制備方法。
為達至l讓述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
1) 首先將分析純的Bi (N03) 3 5H20加入蒸餾水中，并將其置于超聲波發(fā) 生器中超聲分散，配制成Bi"濃度為0. 01mol/L 0. 5mol/L的透明溶液，所得 溶液記為A;
2) 然后，向A溶液中加入分析純的Na2S203和檸檬酸三鈉，使得混合溶液 中[Bi"]: [S2032—]: [C晶(V—]二1:4 7:1的摩爾比，攪拌下調(diào)節(jié)pH值為4. 3 6. 5， 形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為B;
3) 將B溶液置于電沉積裝置中，將IT0玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為 陰極，采用石墨為陽極，用陰極恒電壓沉積的方式在ITO玻璃基板上制備Bi2S3 薄膜；沉積電壓為0. 5 10V，沉積時間為10 30min,沉積結(jié)束后將所制備
的薄膜在空氣中自然晾干，即得最終產(chǎn)物Bi2S3薄膜。
本發(fā)明采用電沉積法，制備得到薄膜組成均勻致密，沿(240)晶面取向 生長的Bi^薄膜。采用超聲波輔助溶解Bi(N03)3 5H20，無需使用硝酸溶解可以提高反應(yīng)溶液的穩(wěn)定性，pH值大范圍可調(diào)，工藝設(shè)備簡單，可大面積高 效的制備Bi2S3薄膜。


圖l為本發(fā)明制備的納米Bi2S3薄膜的X-射線衍射(XRD)圖譜，其中橫 坐標為衍射角2e，單位為°;縱坐標為衍射峰強度，單位為cps。 圖2為本發(fā)明制備的納米Bi2S3薄膜的原子力顯微鏡(AFM)照片。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
實施例l:首先將分析純的Bi(N03)3，5H20加入蒸餾水中，并將其置于功 率為100W的超聲波發(fā)生器中超聲分散，配制成Bi"濃度為0. 0125mol/L的透 明溶液，所得溶液記為A;然后，向A溶液中加入分析純的Na2SA和擰檬酸 三鈉，使得混合溶液中版3+]:[52032—]:[(:晶073-]=1:5: 1的摩爾比，攪拌下調(diào) 節(jié)pH值為4.5，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為B;將B溶液置于電沉積裝 置中，將ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰 極恒電壓沉積的方式在IT0玻璃基板上制備Bi2S3薄膜；沉積電壓為IV，沉積 時間為20min，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干，即得最終產(chǎn)
物Bi2S3薄膜。
將所得的Bi2S3薄膜用日本理學D/max2000PC X-射線衍射儀分析樣品，發(fā) 現(xiàn)產(chǎn)物為JCPDS編號為17-0320的正交晶系Bi2S3 (圖1)具有(240)晶面的 取向生長特性。將該樣品用SPA400-SPI3800N型原子力顯微鏡對薄膜的表面 顯微結(jié)構(gòu)(圖2)進行觀察，從照片可以看出所制備的薄膜表面呈現(xiàn)長柱狀 Bi&晶粒，具有明顯的取向生長特征。
實施例2:首先將分析純的Bi(N03)3'5H20加入蒸餾水中，并將其置于功率為100W的超聲波發(fā)生器中超聲分散，配制成Bi"濃度為0. 2mol/L的透明溶 液，所得溶液記為A;然后，向A溶液中加入分析純的Na2S203和檸檬酸三鈉， 使得混合溶液中[Bi3+]:[S2032—]:[C品0/—]二1:7: 1的摩爾比，攪拌下調(diào)節(jié)pH值 為5.5,形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為B;將B溶液置于電沉積裝置中，將 ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰極恒電壓 沉積的方式在ITO玻璃基板上制備Bi2&薄膜；沉積電壓為3V，沉積時間為 17min，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干，即得最終產(chǎn)物Bi^ 薄膜。
實施例3:首先將分析純的Bi (N03)3 5H20加入蒸餾水中，并將其置于功 率為100W的超聲波發(fā)生器中超聲分散，配制成Bi"濃度為0. 3mol/L的透明溶 液，所得溶液記為A;然后，向A溶液中加入分析純的Na2S203和檸檬酸三鈉， 使得混合溶液中[Bi3+]: [S2032—]: [ C辟3- ]=1:4: 1的摩爾比，攪拌下調(diào)節(jié)pH 值為4.3，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為B;將B溶液置于電沉積裝置中， 將IT0玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰極恒電 壓沉積的方式在IT0玻璃基板上制備Bi2S3薄膜；沉積電壓為8V，沉積時間為 13min，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干，即得最終產(chǎn)物Bi2S3 薄膜。
實施例4:首先將分析純的Bi(N03)3，5H20加入蒸餾水中，并將其置于功 率為100W的超聲波發(fā)生器中超聲分散，配制成Bi"濃度為0. 5mol/L的透明溶 液，所得溶液記為A;然后，向A溶液中加入分析純的Na2SA和擰檬酸三鈉， 使得混合溶液中[Bi31: [S2032—]: [ C^O/— ]=1:6: 1的摩爾比，攪拌下調(diào)節(jié)pH 值為6.0，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為B;將B溶液置于電沉積裝置中， 將IT0玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰極恒電壓沉積的方式在IT0玻璃基板上制備Bi2S3薄膜；沉積電壓為5V，沉積時間為 22min，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干，即得最終產(chǎn)物Bi2S3 薄膜。
實施例5:首先將分析純的Bi (N03)3 5H20加入蒸餾水中，并將其置于功 率為100W的超聲波發(fā)生器中超聲分散，配制成Bi》濃度為0. Olmol/L的透明 溶液，所得溶液記為A;然后，向A溶液中加入分析純的Na2SA和擰檬酸三 鈉，使得混合溶液中[Bn:[S2032—]:[C晶0/—]=1:5.5: 1的摩爾比，攪拌下調(diào) 節(jié)pH值為5.0，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為B;將B溶液置于電沉積裝 置中，將ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰 極恒電壓沉積的方式在ITO玻璃基板上制備Bi2S3薄膜；沉積電壓為10V，沉 積時間為10min，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干，即得最終 產(chǎn)物Bi2S3薄膜。
實施例6:首先將分析純的Bi(N03)3，5H20加入蒸餾水中，并將其置于功 率為100W的超聲波發(fā)生器中超聲分散，配制成Bi"濃度為0. 4mol/L的透明溶 液，所得溶液記為A;然后，向A溶液中加入分析純的Na2SA和擰檬酸三鈉， 使得混合溶液中[Bi3+]: [S2032—]: [C晶0/—] =1:6. 7: 1的摩爾比，攪拌下調(diào)節(jié)pH 值為6.5，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為B;將B溶液置于電沉積裝置中， 將ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰極恒電 壓沉積的方式在IT0玻璃基板上制備Bi2S3薄膜；沉積電壓為0.5V,沉積時間 為30min，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干，即得最終產(chǎn)物Bi2S3 薄膜。
權(quán)利要求
1、一種納米Bi2S3薄膜的制備方法，其特征在于1)首先將分析純的Bi(NO3)3·5H2O加入蒸餾水中，并將其置于超聲波發(fā)生器中超聲分散，配制成Bi3+濃度為0.01mol/L～0.5mol/L的透明溶液，所得溶液記為A；2)然后，向A溶液中加入分析純的Na2S2O3和檸檬酸三鈉，使得混合溶液中[Bi3+]∶[S2O32-]∶[C6H5O73-]＝1∶4～7∶1的摩爾比，攪拌下調(diào)節(jié)pH值為4.3～6.5，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為B；3)將B溶液置于電沉積裝置中，將ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰極恒電壓沉積的方式在ITO玻璃基板上制備Bi2S3薄膜；沉積電壓為0.5～10V，沉積時間為10～30min，沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干，即得最終產(chǎn)物Bi2S3薄膜。
全文摘要
一種納米Bi₂S₃薄膜的制備方法，首先將分析純的Bi(NO₃)₃·5H₂O加入蒸餾水中配制成A溶液；然后，向A溶液中加入分析純的Na₂S₂O₃和檸檬酸三鈉，并在攪拌下調(diào)節(jié)pH值為4.3～6.5，制成B溶液；將B溶液置于電沉積裝置中，將ITO玻璃基板在乙醇中超聲清洗作為陰極，采用石墨為陽極，用陰極恒電壓沉積的方式在ITO玻璃基板上制備Bi₂S₃薄膜；沉積結(jié)束后將所制備的薄膜在空氣中自然晾干，即得最終產(chǎn)物Bi₂S₃薄膜。本發(fā)明采用電沉積法，制備得到薄膜組成均勻致密，沿(240)晶面取向生長的Bi₂S₃薄膜。采用超聲波輔助溶解Bi(NO₃)₃·5H₂O，無需使用硝酸溶解可以提高反應(yīng)溶液的穩(wěn)定性，pH值大范圍可調(diào)，工藝設(shè)備簡單，可大面積高效的制備Bi₂S₃薄膜。
文檔編號C03C17/34GK101407377SQ20081023199
公開日2009年4月15日 申請日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日
發(fā)明者吳建鵬, 曹麗云, 輝 朱, 殷立雄, 艷 王, 黃劍鋒 申請人:陜西科技大學