專利名稱:三硫化二銦納米帶的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種硫化銦的制備方法,尤其涉及一種三硫化二銦納米帶的制備方法,采用化學(xué)溶劑熱法制備三硫化二銦的納米帶。屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
納米材料的結(jié)構(gòu)和形貌對(duì)于其性能與應(yīng)用有很大的影響,特殊形貌的納米結(jié)構(gòu)材料對(duì)于其在納米電子學(xué)、磁學(xué)、光電子學(xué)、雜相催化等領(lǐng)域有著重要的意義,因此納米材料的形貌控制合成已經(jīng)受到越來越多的重視。自從2001年王中林等人在《科學(xué)》雜志上首次報(bào)道半導(dǎo)體氧化物的納米帶以來,許多帶狀的納米材料已經(jīng)被合成出來并對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究,因?yàn)榧{米帶的平面結(jié)構(gòu)是研究材料維度控制的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)性質(zhì)的一種理想體系。這些帶狀的納米材料主要包括單質(zhì)、氧化物、硫化物、氮化物、多元化合物及其他的雜相材料。然而,二維的三硫化二銦納米帶至今未見報(bào)道。三硫化二銦是一種中等帶寬的半導(dǎo)體材料(Eg=2.07eV),而且其存在三種不同的缺陷形式如α-In2S3(缺陷立方結(jié)構(gòu)),其在溫度高于420度時(shí)轉(zhuǎn)化為β-In2S3(缺陷尖晶石結(jié)構(gòu)),在溫度高于754度時(shí)轉(zhuǎn)化為γ-In2S3(層狀六方結(jié)構(gòu))。由于三硫化二銦本身的缺陷結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的光學(xué)、聲學(xué)和電學(xué)性質(zhì),該材料在彩色顯示器的綠色或紅色發(fā)光體、干電池和太陽能電池的異相連接方面有重要的應(yīng)用。就目前三硫化二銦的合成方法來看,有機(jī)高溫?zé)峤夥梢灾苽渚鶆虻牧瞧瑺畹娜蚧?,用單分子前?qū)物分解法可以合成三硫化二銦的納米棒。而其他的方法如水熱合成、溶劑熱還原合成法、原位氧化-硫化法、高溫分解濺射合成等一般得到的是不規(guī)則形狀的產(chǎn)物或是嚴(yán)重團(tuán)聚的無規(guī)產(chǎn)物。所以,對(duì)于如何合成三硫化二銦的納米帶仍然存在很大的困難。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足,提供一種操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、可以有效控制形貌的二維三硫化二銦納米帶的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的,本發(fā)明的技術(shù)方案中,以烷基胺為表面活性劑,以二硫化碳為硫源,以有機(jī)溶劑吡啶為反應(yīng)介質(zhì),采用化學(xué)溶劑熱法制備三硫化二銦納米帶。首先將銦鹽、硫源及烷基胺溶于吡啶中,制備反應(yīng)液;然后將配制好的反應(yīng)液于溶劑熱條件下處理,即可得到形貌規(guī)則的二維三硫化二銦納米帶。所得三硫化二銦納米帶的寬度為50-95納米,厚度為13±2納米,長(zhǎng)度可達(dá)5-8微米。
本發(fā)明的制備方法包括以下具體步驟①化學(xué)反應(yīng)液的制備將銦鹽、烷基胺表面活性劑、硫源混合溶于反應(yīng)溶劑中,配制成反應(yīng)液,其中銦鹽的濃度為0.01~0.05mol·l-1,表面活性劑與銦鹽的摩爾比為6~15,二硫化碳與銦鹽的摩爾比為20~40。
本發(fā)明所述的銦鹽為氯化銦,所述的烷基胺表面活性劑為十六胺、十八胺或油胺,所述的反應(yīng)溶劑為吡啶,所述的硫源為二硫化碳。
②三硫化二銦納米帶的合成將反應(yīng)液移入帶有聚四氟乙烯內(nèi)膽的高壓反應(yīng)釜,在160℃條件下反應(yīng)24小時(shí),反應(yīng)結(jié)束后,自然冷卻到室溫,將產(chǎn)物離心分離,用無水乙醇洗滌數(shù)次,真空抽干樣品,即可以獲得二維三硫化二銦納米帶。
本發(fā)明的優(yōu)良效果是①由于采用了烷基胺為表面活性劑,使得三硫化二銦的納米晶體在生長(zhǎng)的過程中達(dá)到很好的控制,這為三硫化二銦納米帶的各向異性生長(zhǎng)提供了良好的導(dǎo)向作用,而且也對(duì)三硫化二銦納米帶起到了較好的保護(hù)作用,使之具有很好的均勻性。
②由于本發(fā)明采用了化學(xué)溶液法反應(yīng),原料便宜,操作簡(jiǎn)單、成本低、效率高,制備的三硫化二銦為二維帶狀結(jié)構(gòu),其寬度為50-95納米,厚度為13±2納米,長(zhǎng)度可達(dá)5-8微米。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得的三硫化二銦納米帶的物相圖譜,其中,(a)為X-射線衍射圖譜,(b)為能量散射X-射線圖譜。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所得的三硫化二銦納米帶的電鏡照片,其中,(a)為場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片,(b)為透射電鏡照片,(b)中插圖為一個(gè)任意納米帶的電子衍射圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例2所得三硫化二銦納米帶的紫外可見光譜和發(fā)光光譜。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例3所得三硫化二銦納米帶的透射電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
以下通過具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。下面的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說明,而不限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1①在一個(gè)100ml的燒杯中,將1mmol的氯化銦、6mmol的十八胺加入到39ml的吡啶中,磁力攪拌30分鐘后加入1ml二硫化碳,制備成三硫化二銦的反應(yīng)液。
②將按照步驟①制備的反應(yīng)液移入帶有50ml聚四氟乙烯內(nèi)膽的高壓反應(yīng)釜中,于160℃溶劑熱24小時(shí)后,反應(yīng)釜自然冷卻到室溫,將產(chǎn)物離心分離,用無水乙醇洗滌數(shù)次,真空抽干樣品,即獲得二維三硫化二銦納米帶。
所得到的三硫化二銦納米帶的X-射線衍射圖如圖1a。由圖1a可見所制備的材料為立方晶型的三硫化二銦。圖1b是得到三硫化二銦納米帶的能量散射X-射線分析圖譜,由圖1b可見所制備的材料所含元素為硫和銦,二者原子含量比為2.99∶2,符合三硫化二銦納米帶的化學(xué)計(jì)量比。圖2是得到三硫化二銦納米帶的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片和透射電鏡照片。由圖2a可見,,制備的三硫化二銦為二維帶狀結(jié)構(gòu),其寬度為50-95納米,厚度為13±2納米,長(zhǎng)度可達(dá)5-8微米。圖2b中三硫化二銦納米帶的尺寸與圖2a相同,且進(jìn)一步證明所得的三硫化二銦納米帶為單晶結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例2①在一個(gè)100ml的燒杯中,將0.4mmol的氯化銦,3.2mmol的十六胺加入到39ml的吡啶中,磁力攪拌30分鐘后加入0.5ml二硫化碳,制備成三硫化二銦的反應(yīng)液。
②將按照步驟①制備的反應(yīng)液移入帶有50ml聚四氟乙烯內(nèi)膽的高壓反應(yīng)釜中,于160℃溶劑熱24小時(shí)后,反應(yīng)釜自然冷卻到室溫,將產(chǎn)物離心分離,用無水乙醇洗滌數(shù)次,真空抽干樣品,即可以獲得幾乎與實(shí)施例1相同的二維三硫化二銦納米帶。
眾所周知,當(dāng)半導(dǎo)體粒子的尺寸接近于它的激子波爾半徑時(shí),材料基本的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)將隨著其尺寸發(fā)生劇烈的改變,即著名的量子尺寸效應(yīng)。由于三硫化二銦的激子波爾半徑為33.8納米,因此本發(fā)明所得的三硫化二銦納米帶將可能表現(xiàn)出明顯的尺寸量子效應(yīng)。圖3a是所得三硫化二銦納米帶的室溫紫外光譜,相比三硫化二銦體相材料在598左右的光譜吸收,在285-385的發(fā)生吸收的三硫化二銦納米帶表現(xiàn)出很強(qiáng)的量子限域效應(yīng)。圖3b是三硫化二銦納米帶的室溫發(fā)光光譜。在370納米的激發(fā)波長(zhǎng)時(shí),三硫化二銦納米帶在434納米處發(fā)生較強(qiáng)的藍(lán)光發(fā)射,而體相三硫化二銦卻是沒有發(fā)光性質(zhì)的材料。因此,本發(fā)明合成的三硫化二銦很有可能在顯示器方面成為一種潛在的發(fā)光體。
實(shí)施例3①在一個(gè)100ml的燒杯中,將0.4mmol的氯化銦、6mmol的油胺加入到39ml的吡啶中,磁力攪拌30分鐘后加入1ml二硫化碳,,制備成三硫化二銦的反應(yīng)液。
②將按照步驟①制備的反應(yīng)液移入帶有50ml聚四氟乙烯內(nèi)膽的高壓反應(yīng)釜中,于160℃溶劑熱24小時(shí)后,反應(yīng)釜自然冷卻到室溫,離心分離,用無水乙醇洗滌數(shù)次,真空抽干樣品。即可以獲得二維三硫化二銦納米帶。
圖4是所得到的三硫化二銦納米帶的透射電鏡照片。由圖4可見,該納米帶形狀類似于實(shí)施例1所得的三硫化二銦納米帶。
權(quán)利要求
1.一種三硫化二銦納米帶的制備方法,其特征在于包括以下步驟1)化學(xué)反應(yīng)液的制備將銦鹽、烷基胺表面活性劑、硫源混合溶于反應(yīng)溶劑中,配制成反應(yīng)液,其中銦鹽的濃度為0.01~0.05mol·l-1,表面活性劑與銦鹽的摩爾比為6~15,二硫化碳與銦鹽的摩爾比為20~40;2)三硫化二銦納米帶的合成將反應(yīng)液移入帶有聚四氟乙烯內(nèi)膽的高壓反應(yīng)釜,在160℃條件下反應(yīng)24小時(shí),反應(yīng)結(jié)束后,自然冷卻到室溫,將產(chǎn)物離心分離,用無水乙醇洗滌數(shù)次,真空抽干樣品,即獲得二維三硫化二銦納米帶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的三硫化二銦納米帶的制備方法,其特征在于所述的銦鹽為氯化銦,所述的烷基胺表面活性劑為十六胺、十八胺或油胺,所述的反應(yīng)溶劑為吡啶,所述的硫源為二硫化碳。
3.一種采用權(quán)利要求1或2的方法制備的三硫化二銦納米帶,其特征在于所述三硫化二銦納米帶的寬度為50-95納米,厚度為13±2納米,長(zhǎng)度為5-8微米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三硫化二銦納米帶的制備方法,屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。以烷基胺為表面活性劑,以有機(jī)溶劑為反應(yīng)介質(zhì),采用化學(xué)溶劑熱法制備三硫化二銦納米帶。首先將銦鹽、硫源及烷基胺溶于有機(jī)溶劑中,制備反應(yīng)液,然后將配制好的反應(yīng)液進(jìn)行溶劑熱處理,即可得到形貌規(guī)則的三硫化二銦納米帶。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、成本低,制備的三硫化二銦為二維的帶狀結(jié)構(gòu),該納米帶的寬度為50-95納米,厚度為13±2納米,長(zhǎng)度可達(dá)5-8微米。
文檔編號(hào)C01G1/12GK101037223SQ20071003938
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月12日
發(fā)明者杜衛(wèi)民, 錢雪峰 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)