專利名稱：一種水熱輔助聲化學(xué)制備硫化鈷納米晶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硫化物納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水熱輔助聲化學(xué)制備硫化鈷納米晶的方法。
背景技術(shù)：
作為一種無毒、環(huán)保的過渡金屬硫化物納米材料，硫化鈷除了具有特殊的3d價(jià)電子殼層結(jié)構(gòu)外，還具有納米材料應(yīng)有的的非線性性質(zhì)、熒光特性、量子尺寸效應(yīng)和其它的重要物理化學(xué)性質(zhì)。由于這樣的特性，使得納米CoS材料有著更優(yōu)越的物理、化學(xué)、光學(xué)、顏料性能以及更為廣泛的用途。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，硫化鈷納米粒子的禁帶寬度大約為3.91eV[S. P.Tandon，J. P. Gupta. Measurement of Forbidden Energy Gap of Semiconductors by Diffuse Reflectance Technique. Physica Status Solidi (b)，1970，381 (1) :363-367]， 硫化鈷納米材料必將在高能量密度電池、太陽能光電材料等這些方面得到廣泛的應(yīng)用 [M. S. Sadjadi, A. Pourahmad, Sh. Sohrabnezhad, K. Zare. Formation of NiS and CoS semiconductor nanoparticles inside mordenite-type zeolite. Materials Letters, 2007,61(14-15) :2923-2926] 超聲化學(xué)法是利用聲空化能加速或控制化學(xué)反應(yīng)，提高反應(yīng)產(chǎn)率和引發(fā)新的化學(xué)反應(yīng)，是近年來出現(xiàn)的一種制備納米材料的新方法。利用超聲化學(xué)法制備硫化鈷納米晶，主要由于超聲波的空化作用，將在尺度約為微米級(jí)的區(qū)域產(chǎn)生瞬間的高溫和高壓[M. Behboudnia, M. H. Majlesara, B. Khanbabaee. Preparation of ZnS nanorods by ultrasonic waves[J]. Materials Science and Engineering B，2005，122 (2) : 160-163]， 另外，超聲波作用于溶液時(shí)，力學(xué)效應(yīng)可通過攪拌作用，促進(jìn)離子間相互作用，從而促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)充分進(jìn)行；聲空化作用產(chǎn)生的強(qiáng)烈的沖擊波抑制了大膠團(tuán)的形成；熱學(xué)效應(yīng)可促進(jìn) CoS凝聚；化學(xué)效應(yīng)可促進(jìn)氧化還原反應(yīng)，從而對(duì)CoS納米晶的形成有很好的促進(jìn)作用。水熱法也是近年來發(fā)展比較快的一種方法，研究體系一般處于非理想非平衡狀態(tài)，水熱環(huán)境中的高溫高壓狀態(tài)，使得重要離子間的反應(yīng)加快，這樣大大節(jié)省了反應(yīng)進(jìn)行所需要的時(shí)間

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種水熱輔助聲化學(xué)制備硫化鈷納米晶的方法。此方法操作簡單，所得的硫化鈷納米晶結(jié)晶良好，粒徑分散較好。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)取1. 16g-5. 80g的分析純六水硝酸鈷(Co (NO3) 2 · 6H20)置于錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取0. 58g-2. 90g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 5-4. OmL的質(zhì)量濃度為2%的溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0. 14mL-0. 68mL的(NH4)2S置于小燒杯中，并加入去離子水配置成40mL的溶
3液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進(jìn)行震蕩，同時(shí)逐滴加入溶液D，設(shè)定超聲時(shí)間 10-60min，超聲功率 200-500W，超聲溫度 20_80°C ；6)將超聲反應(yīng)后的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為50% -80%，之后密封，在 170-210°C反應(yīng) 6-24h ；7)反應(yīng)結(jié)束后，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產(chǎn)物進(jìn)行分離后，分離后的產(chǎn)物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進(jìn)行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。由于反應(yīng)過程中聲化學(xué)能量產(chǎn)生的高溫高壓、強(qiáng)烈的沖擊波和高速的射流，阻礙了粒子成為大膠團(tuán)，水熱環(huán)境的臨界狀態(tài)促使晶粒的結(jié)晶性更好，使得所得的產(chǎn)物結(jié)晶性很好。此方法制備的硫化鈷納米晶形貌可控，為納米棒狀結(jié)構(gòu)，直徑在IOnm左右；且制備工藝簡單，操作方便，溫度低，能耗小，制備成本較低。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的硫化鈷納米晶的透射電子顯微照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1:1)取2. 32g的分析純六水硝酸鈷(Co(NO3)2 · 6H20)置于錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取1. 16g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入2. OmL的質(zhì)量濃度為2%的溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0. 28mL的(NH4)2S置于小燒杯中，并加入去離子水配置成40mL的溶液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進(jìn)行震蕩，同時(shí)逐滴加入溶液D，設(shè)定超聲時(shí)間 30min，超聲功率300W，超聲溫度80°C ；6)將超聲反應(yīng)后的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為8 %，之后密封，在190 V 反應(yīng)24h ；7)反應(yīng)結(jié)束后，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產(chǎn)物進(jìn)行分離后，分離后的產(chǎn)物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進(jìn)行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。將所得的硫化鈷納米晶用透射電子顯微鏡進(jìn)行觀察，可以看出所制備的樣品為納米棒狀結(jié)構(gòu)，直徑在IOnm左右(圖1)。實(shí)施例2 1)取1. 16g的分析純六水硝酸鈷(Co(NO3)2 · 6H20)置于錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取0. 58g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 5mL的質(zhì)量濃度為2%的溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0. 14mL的(NH4) 2S置于小燒杯中，并加入去離子水配置成40mL的溶液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進(jìn)行震蕩，同時(shí)逐滴加入溶液D，設(shè)定超聲時(shí)間 60min，超聲功率500W，超聲溫度50°C ；
6)將超聲反應(yīng)后的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為80%，之后密封，在180°C 反應(yīng)1 ；7)反應(yīng)結(jié)束后，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產(chǎn)物進(jìn)行分離后，分離后的產(chǎn)物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進(jìn)行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實(shí)施例3 1)取5. 80g的分析純六水硝酸鈷(Co (NO3)2 · 6H20)置于錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取2. 90g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入4. OmL的質(zhì)量濃度為2%的溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0. 68mL的(NH4) 2S置于小燒杯中，并加入去離子水配置成40mL的溶液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進(jìn)行震蕩，同時(shí)逐滴加入溶液D，設(shè)定超聲時(shí)間 15min，超聲功率200W，超聲溫度40°C ；6)將超聲反應(yīng)后的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為50%，之后密封，在170°C 反應(yīng)20h ；7)反應(yīng)結(jié)束后，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產(chǎn)物進(jìn)行分離后，分離后的產(chǎn)物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進(jìn)行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實(shí)施例4 1)取3. 25g的分析純六水硝酸鈷(Co(NO3)2 · 6H20)置于錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取2. 30g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入1. OmL的質(zhì)量濃度為2%的溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0. 55mL的(NH4) 2S置于小燒杯中，并加入去離子水配置成40mL的溶液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進(jìn)行震蕩，同時(shí)逐滴加入溶液D，設(shè)定超聲時(shí)間 20min，超聲功率400W，超聲溫度20°C ；6)將超聲反應(yīng)后的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為60%，之后密封，在200°C 反應(yīng)6h ；7)反應(yīng)結(jié)束后，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產(chǎn)物進(jìn)行分離后，分離后的產(chǎn)物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進(jìn)行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實(shí)施例5 1)取4. 60g的分析純六水硝酸鈷(Co (NO3)2 · 6H20)置于錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取1. 65g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入3. OmL的質(zhì)量濃度為2%的溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0. 32mL的(NH4) 2S置于小燒杯中，并加入去離子水配置成40mL的溶液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進(jìn)行震蕩，同時(shí)逐滴加入溶液D，設(shè)定超聲時(shí)間 40min，超聲功率500W，超聲溫度60°C ；6)將超聲反應(yīng)后的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為70%，之后密封，在210°C 反應(yīng)6h ；7)反應(yīng)結(jié)束后，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產(chǎn)物進(jìn)行分離后，分離后的產(chǎn)物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進(jìn)行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實(shí)施例6 1)取5. OOg的分析純六水硝酸鈷(Co (NO3)2 · 6H20)置于錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取0. 80g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入0. SmL的質(zhì)量濃度為2%的H2S溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0. 22mL的(NH4) 2S置于小燒杯中，并加入去離子水配置成40mL的溶液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進(jìn)行震蕩，同時(shí)逐滴加入溶液D，設(shè)定超聲時(shí)間 50min，超聲功率300W，超聲溫度70°C ；6)將超聲反應(yīng)后的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為60%，之后密封，在200°C 反應(yīng)IOh ；7)反應(yīng)結(jié)束后，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產(chǎn)物進(jìn)行分離后，分離后的產(chǎn)物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進(jìn)行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。
權(quán)利要求
1. 一種水熱輔助聲化學(xué)制備硫化鈷納米晶的方法，其特征在于1)取1.16g-5. 80g的分析純六水硝酸鈷(Co(NO3)2 · 6H20)置于錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取0.58g-2. 90g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入0.5-4. OmL的質(zhì)量濃度為2%的溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0.14mL-0. 68mL的(NH4)2S置于小燒杯中，并加入去離子水配置成40mL的溶液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進(jìn)行震蕩，同時(shí)逐滴加入溶液D，設(shè)定超聲時(shí)間 10-60min，超聲功率 200-500W，超聲溫度 20_80°C ；6)將超聲反應(yīng)后的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為50% -80 %，之后密封，在 170-210°C反應(yīng) 6-24h ；7)反應(yīng)結(jié)束后，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產(chǎn)物進(jìn)行分離后，分離后的產(chǎn)物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進(jìn)行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。
全文摘要
一種水熱輔助聲化學(xué)制備硫化鈷納米晶的方法，將六水硝酸鈷加入去離子水中得溶液A；將EDTA加入溶液A中攪拌得溶液B；向溶液B中加入H2S溶液得溶液C；將(NH4)2S加入去離子水得溶液D；將溶液C放入超聲波清洗器中進(jìn)行震蕩，同時(shí)逐滴加入溶液D；將超聲反應(yīng)后的溶液加入水熱釜中密封反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產(chǎn)物進(jìn)行分離后，分離后的產(chǎn)物分別用去離子水和無水乙醇清洗的干燥得到黑色的硫化鈷納米晶。本發(fā)明制備的硫化鈷納米晶形貌可控，為納米棒狀結(jié)構(gòu)，直徑約為10nm；且制備工藝簡單，操作方便，溫度低，能耗小，制備成本較低。
文檔編號(hào)C01G51/00GK102502887SQ20111037567
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者吳建鵬, 曹麗云, 李意峰, 李碧, 黃劍鋒 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)