一種硫化鎘納米材料的合成方法
【專利摘要】本發(fā)明的一種硫化鎘納米材料的合成方法屬于無(wú)機(jī)合成化學(xué)的【技術(shù)領(lǐng)域】。其步驟包括：將一定量的去離子水加熱后加入1～1.5倍體積的濃鹽酸，再加入一定量的硫化鎘粉末，反應(yīng)10秒鐘再用去離子水稀釋，密閉放置12小時(shí)后將所得沉淀物分別用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌、干燥，得到CdS納米材料。本發(fā)明不使用有機(jī)溶劑也不添加表面活性劑的條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)CdS的加入量，HCl的加入量和反應(yīng)溫度制備出具有不同形貌和不同光電性質(zhì)的CdS，操作簡(jiǎn)單，合成條件溫和，生產(chǎn)成本低，制備的CdS具有較高的光催化分解水的活性。
【專利說(shuō)明】一種硫化鎘納米材料的合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)合成化學(xué)的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種硫化鎘納米材料的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]CdS是重要的I1-VI族、直接帶隙的半導(dǎo)體，禁帶寬度為2.4eV，在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化，非線性光學(xué)，光催化，和傳感器等方面有著廣泛的應(yīng)用。因此納米CdS的合成成為研究熱點(diǎn)之一。不同方法合成的不同形貌，尺寸的Cds，其物理化學(xué)性質(zhì)也不同。最近幾年許多研究組已經(jīng)報(bào)道了不同形貌CdS的合成方法。錢(qián)毅泰研究小組利用硝酸鎘和硫脲為原料，以乙二胺為溶劑的條件下合成CdS納米棒(參見(jiàn)Inorg.Chem.1999.38.1382 ；Chem.Mater.2000.12.3259)。Jun等利用分子前驅(qū)體Cd(S2CNEt2)2在十六胺中熱分解成多臂的CdS (參見(jiàn)J.Am.Chem.Soc.2001.123.5150)。然而進(jìn)一步發(fā)展簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、實(shí)際操作性強(qiáng)的合成方法制備C dS —直是必要的。本發(fā)明在不采用有機(jī)溶劑和不添加表面活性劑的條件下，合成CdS納米材料。并測(cè)試了其產(chǎn)氫活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、合成條件容易控制的CdS納米材料的合成方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種硫化鎘納米材料的合成方法，首先在容器中放入去離子水，加熱到60~800C，加入體積為去離子水I~1.5倍的濃鹽酸，然后按每mL去離子水使用0.02~0.04g的量加入CdS粉末，密封容器反應(yīng)10秒鐘；用去離子水將上述溶液稀釋至15~30倍，再將容器密封放置10~15小時(shí)；將所得沉淀物分別用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌，干燥得到CdS納米材料。
[0006]本發(fā)明中所用的容器最好是柱狀容器，用柱狀容器制備的硫化鎘納米材料顆粒均勻。
[0007]CdS粉末可以使用現(xiàn)有的產(chǎn)品，也可以按下面的用料比例和過(guò)程制得:將1.819gCd(NO3)2.4H20溶于50mL蒸餾水中，然后將IOmL濃度為0.7mmol/mL的Na2S.9H20加入上述溶液中，得到沉淀產(chǎn)物，將沉淀產(chǎn)物分別用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌，然后在60°C干燥，得到CdS粉末。
[0008]本發(fā)明用于光催化分解水。可以將合成的納米材料溶解在含有犧牲劑的溶液中，在氙燈的照射下進(jìn)行產(chǎn)氫的測(cè)試。本發(fā)明的CdS納米材料具有較高的光催化產(chǎn)氫的效率。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案有以下有益效果:
[0010]1、本發(fā)明在不使用有機(jī)溶劑也不添加表面活性劑的條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)CdS的加入量，HCl的加入量和反應(yīng)溫度制備出具有不同形貌和不同光電性質(zhì)的純度高的CdS納米材料。[0011 ] 2、本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，合成條件溫度溫和，生產(chǎn)成本低。
[0012]3、本發(fā)明制備的CdS具有較高的光催化分解水的活性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1實(shí)施例1制備的CdS粉體的X射線掃描衍射圖譜。
[0014]圖2實(shí)施例1制備的CdS粉體的掃描電子顯微鏡圖。
[0015]圖3實(shí)施例1制備的CdS粉體的紫外-可見(jiàn)吸收?qǐng)D譜。
[0016]圖4實(shí)施例1制備的CdS粉體的表面光電壓譜圖。
[0017]圖5實(shí)施例1制備的CdS粉體的光催化產(chǎn)氫柱狀圖。
[0018]圖6實(shí)施例2制備的CdS粉體的X射線掃描衍射圖譜。
[0019]圖7實(shí)施例2制備的CdS粉體的掃描電子顯微鏡圖。
[0020]圖8實(shí)施例2制備的CdS粉體的紫外-可見(jiàn)吸收?qǐng)D譜。
[0021]圖9實(shí)施例2制備的CdS粉體的表面光電壓譜圖。
[0022]圖10實(shí)施例2制備的CdS粉體的光催化產(chǎn)氫柱狀圖。
[0023]圖11實(shí)施例3制備的CdS粉體的X射線掃描衍射圖譜。
[0024]圖12實(shí)施例3制備的CdS粉體的掃描電子顯微鏡圖。
[0025]圖13實(shí)施例3制備的CdS粉`體的紫外-可見(jiàn)吸收?qǐng)D譜。
[0026]圖14實(shí)施例3制備的CdS粉體的表面光電壓譜圖。
[0027]圖15實(shí)施例3制備的CdS粉體的光催化產(chǎn)氫柱狀圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，但不限于此。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例所用原料均為市售分析純產(chǎn)品，使用前未經(jīng)進(jìn)一步純化。
[0030]實(shí)施例1
[0031]將8mL去離子水放入用的500mL的燒杯內(nèi)，加熱到80°C，然后將12mL濃HCl (濃度為12mol/L)加入到上述溶液，然后迅速將0.3g的CdS粉末加入到上述溶液并用封口膜將燒杯密封，IOs后，將封口膜打開(kāi)一半將480mL去離子水加入到上述溶液。然后再將燒杯密封放置12小時(shí)。將所得物分別用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌，然后在50°C干燥，得到類似球形的CdS納米材料。
[0032]CdS納米材料的X射線衍射圖譜(Rigaku Max-2550型X射線衍射分析儀，XRD)見(jiàn)圖l，CdS樣品為六方鉛鋅礦結(jié)構(gòu)，結(jié)晶程度較好，沒(méi)有雜質(zhì)峰出現(xiàn)，樣品純度高；CdS納米材料的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片(EFSEM，SHIMADZUSSX-550型掃描電子顯微鏡)見(jiàn)圖2，CdS樣品為有一個(gè)六邊形底和其上為花狀的CdS顆粒，粒徑的大小為0.8~1.2 μ m ；CdS納米材料的紫外-可見(jiàn)吸收光譜(Shimadzu公司UV-3600型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì))見(jiàn)圖3, CdS樣品表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸收，并且對(duì)光的響應(yīng)擴(kuò)展到650nm。
[0033]對(duì)實(shí)施例1制備的CdS納米材料表面光電壓譜見(jiàn)圖4，光催化產(chǎn)氫曲線見(jiàn)圖5。
[0034]實(shí)施例2
[0035]將IOmL去離子水放入500mL的燒杯內(nèi)，加熱到60°C，然后將IOmL濃HCl加入到上述溶液，然后迅速將0.2g的CdS粉末加入到上述溶液并用封口膜將燒杯密封，IOs后，將封口膜打開(kāi)一半將480mL去離子水加入到上述溶液。然后再將燒杯密封放置12小時(shí)。將所得物分別用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌，然后在50°C干燥，得到類似花狀的CdS納米材料。
[0036]CdS納米材料的X射線衍射圖譜(Rigaku Max-2550型X射線衍射分析儀，XRD)見(jiàn)圖6，CdS樣品為六方鉛鋅礦結(jié)構(gòu)，結(jié)晶程度較好，沒(méi)有雜質(zhì)峰出現(xiàn)，樣品純度高；CdS納米材料的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片(EFSEM，SHIMADZUSSX-550型掃描電子顯微鏡)見(jiàn)圖7，CdS樣品為有一個(gè)六邊形底和其上為花狀的CdS顆粒，粒徑的大小為I~1.5 μ m ；CdS納米材料的紫外-可見(jiàn)吸收光譜(Shimadzu公司UV-3600型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì))見(jiàn)圖8，CdS樣品表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸收，并且對(duì)光的響應(yīng)擴(kuò)展到650nm。
[0037]對(duì)實(shí)施例2制備的CdS納米材料表面光電壓譜見(jiàn)圖9，光催化產(chǎn)氫曲線見(jiàn)圖10。
[0038]實(shí)施例3
[0039]將IOmL去離子水放入封口膜密封的燒杯內(nèi)，加熱到60°C，然后將IOmL濃HCl加入到上述溶液，然后迅速將0.4g的CdS粉末加入到上述溶液并用封口膜將燒杯密封，IOs后，將封口膜打開(kāi)一半將480mL去離子水加入到上述溶液。然后再將燒杯密封放置12小時(shí)。將所得物分別用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌，然后在50°C干燥，得到花狀的CdS納米材料。
[0040]CdS納米材料的X射線衍射圖譜(Rigaku Max-2550型X射線衍射分析儀，XRD)見(jiàn)圖11，CdS樣品為六方鉛鋅礦結(jié)構(gòu)，結(jié)晶程度較好，沒(méi)有雜質(zhì)峰出現(xiàn)，樣品純度高；CdS納米材料的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片(EFSEM，SHIMADZU SSX-550型掃描電子顯微鏡)見(jiàn)圖12，CdS樣品為有一個(gè)六邊形底和其上為花狀的CdS顆粒，粒徑的大小為300~500nm，粒子的尺寸變小，樣品的表面積增大，有利于光催化產(chǎn)氫；CdS納米材料的紫外-可見(jiàn)吸收光譜(Shimadzu公司UV-3600型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì))見(jiàn)圖13，CdS樣品表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸收，并且對(duì)光的響應(yīng)擴(kuò)展到650nm。
[0041]對(duì)實(shí)施例3制備的CdS納米材料表面光電壓譜見(jiàn)圖14，光催化產(chǎn)氫曲線見(jiàn)圖15。
[0042]實(shí)施例4
[0043]分別對(duì)上述3個(gè)實(shí)施例中制備的CdS納米材料進(jìn)行表面光電壓譜測(cè)試，測(cè)試裝置參見(jiàn)專利申請(qǐng)201310002669X中的圖36。測(cè)試方法及原理為:用一部500W氙燈作光源，通過(guò)光柵單色儀(0mn1-5007，N0.09010, Zolix)得到單色光，計(jì)算機(jī)控制單色儀的掃描速度，光譜分辨率為lnm，得到的單色光照射在材料樣品表面，產(chǎn)生的光生電子和空穴在分離機(jī)制的作用下分離，形成光電信號(hào)，信號(hào)由鎖相放大器(SR830-DSP)采集并放大。所測(cè)得信號(hào)為表面光電壓強(qiáng)度，其強(qiáng)度反應(yīng)了光生電荷電子空穴對(duì)分離的數(shù)量。實(shí)施例1、2、3制備的CdS納米材料的表面光電壓譜分別見(jiàn)圖4、9、14，從附圖可以看出用本發(fā)明制備的CdS樣品表現(xiàn)出較強(qiáng)的光電響應(yīng)，并且光電響應(yīng)擴(kuò)展到750nm。說(shuō)明光生電子和空穴在小于750nm光照條件下能夠有效的分離。在560~750nm對(duì)應(yīng)于CdS的表面態(tài)躍遷，光電壓信號(hào)較強(qiáng)，說(shuō)明本發(fā)明合成的樣品具有豐富的表面態(tài)。
[0044]分別對(duì)各實(shí)施例制備的CdS納米材料進(jìn)行光催化產(chǎn)氫率測(cè)試，用500W氙燈作光源；硫化鈉(0.35mol/L)、亞硫酸鈉(0.25mol/L)作犧牲劑。在線的氣相色譜(5A的柱子，TCD檢測(cè)器，N2作為載氣)檢測(cè)H2的含量。對(duì)實(shí)施例1、2、3的測(cè)試結(jié)果分別見(jiàn)圖5、10、15。CdS樣品表現(xiàn)出較高的光催化產(chǎn)氫率，分別達(dá)到了 48 μ mol/g.h、55.2 μ mol/g.h和59.4 μ mol/g * h0
【權(quán)利要求】
1.一種硫化鎘納米材料的合成方法，首先在容器中放入去離子水，加熱到60~80°C，加入體積為去離子水I~1.5倍的濃鹽酸，然后按每mL去離子水使用0.02~0.04g的量加入CdS粉末，密封容器反應(yīng)10秒鐘；用去離子水將上述溶液稀釋至15~30倍，再將容器密封放置10~15小時(shí)；將所得沉淀物分別用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌，干燥得到CdS納米材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫化鎘納米材料的合成方法，其特征在于，所述的容器為柱狀容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫化鎘納米材料的合成方法，其特征在于，所述的CdS粉末，按下面的用料比例和過(guò)程制得:將1.819g Cd(NO3)2.4H20溶于50mL蒸餾水中，然后將IOmL濃度為0.7mmol/mL的Na2S.9Η20加入上述溶液中，得到沉淀產(chǎn)物；將沉淀產(chǎn)物分別用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌，然后在60°C`干燥，得到CdS粉末。
【文檔編號(hào)】B01J27/04GK103570057SQ201310566597
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】謝騰峰, 張立靜, 王德軍, 林艷紅 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)