專利名稱：一種硫化銻納米棒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無機(jī)功能納米材料的制備方法，特別涉及一種采用回流法制備硫
化銻納米棒的方法。
背景技術(shù)：
硫化銻是一種層狀結(jié)構(gòu)的V-VI族直接帶隙半導(dǎo)體材料，其能帶間隙為1. 5 2. 2eV，屬正交晶系，具有高的光敏感性和很高的熱電能，廣泛應(yīng)用于熱電冷卻技術(shù)、電子和光電子器件以及紅外區(qū)的光電子學(xué)研究，還是利用太陽能的理想材料。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到納米材料的性質(zhì)取決于納米材料的形貌和尺寸，如納米帶、納米棒、納米纖維以及納米管等一維納米材料由于在電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)等方面表現(xiàn)出奇特的性能而具有廣泛的用途。因此， 一維納米材料的制備成為材料科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和前沿。制備硫化銻納米棒的方法有水熱法、溶劑熱法、化學(xué)氣相沉積(CVD)法、聲化學(xué)法、熱分解單源前驅(qū)體法、多羥基輔助法、微波法和回流法等。在這些制備方法中，回流法具有實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、反應(yīng)參數(shù)容易控制、安全可靠、經(jīng)濟(jì)便利以及易于放大和工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，被證明是制備一維納米材料的一種有效的方法。目前，國內(nèi)外有關(guān)回流法制備Sb2S3納米棒的研究不多，其公知文獻(xiàn)也僅見其一，即"Zhu Qi-An， Gong Min， Zhang Chao， Yong Gao-bing，Xiang Shang. Preparation of Sb2S3 nanomaterials with different morphologies viaarefluxing approach [J]. Journal of Crystal Growth, 2009， 311， 3651-3655，，。 該方法以SbCl3和硫脲為原料，用回流法分別制備了長(zhǎng)0. 7 4ii m、直徑40 360nm的棒狀和尺寸為9 10 m的花狀硫化銻納米材料，但該方法所得產(chǎn)品質(zhì)量差，棒的尺寸分布不均勻有些棒很短、但另一些棒又很長(zhǎng)，其中還有一些不是棒狀的顆粒狀物質(zhì)，制備條件苛刻而難于控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大小分布均勻及其形貌可控的硫化銻納米棒的制備方法。
本發(fā)明的目的是通過如下方式實(shí)現(xiàn)的一種硫化銻納米棒的制備方法 (a)將Sb203加入到鄰羥基二醇中，Sb203與鄰羥基二醇的物質(zhì)的量之比值為
1 : 50 160，攪拌混勻；然后加入硫粉，加入硫粉物質(zhì)的量為Sb203物質(zhì)的量的4 7倍，
繼續(xù)攪拌混勻，得混合液； (b)在混合液中緩慢加入還原劑硼氫化鈉，其物質(zhì)的量為硫粉物質(zhì)的量的1 1. 5倍，同時(shí)磁力攪拌；用油浴加熱，在170 20(TC回流1 15小時(shí)； (c)反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，離心分離，除去上層液體后，得到黑色沉淀物；將黑色沉淀物分別用去離子水和無水乙醇交替超聲洗滌各2 3次，于60 80°C的恒溫干燥5 8小時(shí)，即得到黑色的硫化銻納米棒。
所述的鄰羥基二醇是乙二醇或1， 2-丙二醇。
將313203加入到鄰羥基二醇中，513203與鄰羥基二醇的物質(zhì)的量之比值為1 : 50 160，攪拌混勻；然后加入硫粉，加入硫粉物質(zhì)的量為Sb203物質(zhì)的量的4 7倍，繼續(xù)攪拌混勻，加入表面活性劑，表面活性劑的物質(zhì)的量為313203物質(zhì)的量的1 2倍，混勻后，得混合液。 所述的表面活性劑是聚乙二醇400(PEG400)、聚乙二醇600(PEG600)或烷基酚聚氧乙烯(10)醚(OP-IO)。 本發(fā)明以313203和硫粉(S)為原料、硼氫化鈉(NaBH4)作還原劑，通過硼氫化鈉還原硫粉產(chǎn)生的S2—與Sb203反應(yīng)回流法制備硫化銻納米棒的技術(shù)方案，解決了現(xiàn)有制備方法存在的產(chǎn)品質(zhì)量差、棒的尺寸分布不均勻、制備條件苛刻而難于控制的缺陷，具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)過程安全、反應(yīng)參數(shù)容易控制、實(shí)施成本低、易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良、棒大小分布均勻及其形貌可控的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明制備的硫化銻納米棒屬一維納米半導(dǎo)體材料，具有高的光敏感性和很高的熱電能，廣泛應(yīng)用于熱電冷卻技術(shù)、電子和光電子器件以及紅外區(qū)的光電子學(xué)研究，還是利用太陽能的理想材料，可作為光催化劑光催化降解環(huán)境中的有機(jī)污染物，制造太陽能電池等。本發(fā)明還可廣泛用于其它無機(jī)金屬硫化合物一維納米材料的制備。


圖1為本發(fā)明在回流15小時(shí)制得的硫化銻納米棒的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
圖2為本發(fā)明在回流8小時(shí)制得的硫化銻納米棒的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
圖3為本發(fā)明在回流8小時(shí)并加入表面活性劑PEG400制得的硫化銻納米棒的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。 圖4為本發(fā)明在回流3小時(shí)制得的硫化銻納米棒的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
圖5為本發(fā)明在回流1小時(shí)并加入表面活性劑烷基酚聚氧乙烯(10)醚(0P-10)制得的硫化銻納米棒的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。 圖6為本發(fā)明在回流15小時(shí)制得的硫化銻納米棒的透射電子顯微鏡(TEM)圖。
圖7為本發(fā)明在回流15小時(shí)制得的硫化銻納米棒的電子衍射(ED)圖。
圖8為本發(fā)明在回流15小時(shí)制得的硫化銻納米棒的X-射線衍射(XRD)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明
實(shí)施例1 (1)準(zhǔn)確稱取1. 6g Sb203加入到50mL乙二醇中(Sb203與乙二醇的物質(zhì)的量之比值為1 : 160)，攪拌，然后再加入1. Og硫粉(硫的物質(zhì)的量為Sb203物質(zhì)的量的5. 6倍)，繼續(xù)攪拌混勻，將混合液轉(zhuǎn)移到三頸燒瓶中。 (2)在混合液中緩慢加入1. 5g硼氫化鈉(硼氫化鈉物質(zhì)的量為硫粉物質(zhì)的量的1. 26倍)，同時(shí)磁力攪拌。用油浴加熱，在185t:回流15小時(shí)。 (3)反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，離心分離，除去上層液體后，得到黑色沉淀。分別用去離子水和無水乙醇將所得沉淀交替超聲洗滌各3次，得到的樣品于6(TC的恒溫干燥箱中干燥8小時(shí)，即得到黑色的Sb2S3納米棒產(chǎn)品。經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)(圖1)和透射電子顯微鏡(TEM)(圖6)觀察，證實(shí)所得產(chǎn)品為納米棒，其長(zhǎng)約0. 8 3. 2 m(微米)、直徑約60 180nm(納米)。經(jīng)電子衍射(ED)分析知，納米棒為單晶結(jié)構(gòu)，如圖7。經(jīng)X-射線衍射(XRD)分析知產(chǎn)品為正交晶相結(jié)構(gòu)，如圖8所示。
實(shí)施例2 (1)準(zhǔn)確稱取1. 6g Sb203加入到60mL 1， 2_丙二醇中(Sb203與1， 2_丙二醇的物質(zhì)的量之比值為l : 150)，攪拌，然后再加入0.8g硫粉(硫的物質(zhì)的量為513203物質(zhì)的量的4. 5倍)，繼續(xù)攪拌混勻，將混合液轉(zhuǎn)移到三頸燒瓶中。 (2)在混合液中緩慢加入1. 4g硼氫化鈉(硼氫化鈉物質(zhì)的量為硫粉物質(zhì)的量的1.48倍)，同時(shí)磁力攪拌。用油浴加熱，在175t:回流8小時(shí)。 (3)反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，離心分離，除去上層液體后，得到黑色沉淀。分別用去離子水和無水乙醇將所得沉淀交替超聲洗滌各2次，得到的樣品于7(TC的恒溫干燥箱中干燥6小時(shí)，即得到黑色的Sb2S3納米棒產(chǎn)品。經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)(圖2)觀察，證實(shí)所得產(chǎn)品為納米棒，其長(zhǎng)約0. 9 3. 6 ii m(微米)、直徑約90 220nm(納米)。經(jīng)電子衍射(ED)分析知，納米棒為單晶結(jié)構(gòu)。經(jīng)X-射線衍射(XRD)分析得知產(chǎn)品為正交晶相結(jié)構(gòu)。 實(shí)施例3 (1)準(zhǔn)確稱取1.3g Sb203加入到30mL 1，2_丙二醇中(Sb203與1， 2_丙二醇的物質(zhì)的量之比值為l : 92)，攪拌，然后再加入lg硫粉(硫的物質(zhì)的量為Sb^3物質(zhì)的量的6.9倍)，繼續(xù)攪拌混勻，向其中加入表面活性劑聚乙二醇400 (PEG400) 3mL(聚乙二醇400的物質(zhì)的量為Sb203物質(zhì)的量的1. 9倍)，混勻后，將混合液轉(zhuǎn)移到三頸燒瓶中。
(2)在混合液中緩慢加入1. 3g硼氫化鈉(硼氫化鈉物質(zhì)的量為硫粉物質(zhì)的量的1. 1倍)，同時(shí)磁力攪拌。用油浴加熱，在17(TC回流8小時(shí)。 (3)反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，離心分離，除去上層液體后，得到黑色沉淀。分別用去離子水和無水乙醇將所得沉淀交替超聲洗滌各3次，得到的樣品于8(TC的恒溫干燥箱中干燥5小時(shí)，即得到黑色的Sb2S3納米棒產(chǎn)品。經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)(圖3)觀察，證實(shí)所得產(chǎn)品為納米棒，其長(zhǎng)約0. 8 2 ii m(微米)、直徑約80 120nm(納米)。經(jīng)電子衍射(ED)分析知，納米棒為單晶結(jié)構(gòu)。經(jīng)X-射線衍射(XRD)分析得知產(chǎn)品為正交晶相結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例4 (1)準(zhǔn)確稱取2. Og Sb203加入到30mL 1， 2_丙二醇中(Sb203與1， 2_丙二醇的物質(zhì)的量之比值為l : 60)，攪拌，然后再加入1. lg硫粉(硫的物質(zhì)的量為513203物質(zhì)的量的5. 0倍)，繼續(xù)攪拌混勻，將混合液轉(zhuǎn)移到三頸燒瓶中。 (2)在混合液中緩慢加入1. 3g硼氫化鈉(硼氫化鈉物質(zhì)的量為硫粉物質(zhì)的量的1倍)，同時(shí)磁力攪拌。用油浴加熱，在187t:回流3小時(shí)。 (3)反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，離心分離，除去上層液體后，得到黑色沉淀。分別用去離子水和無水乙醇將所得沉淀交替超聲洗滌各2次，得到的樣品于7(TC的恒溫干燥箱中干燥5小時(shí)，即得到黑色的Sb2S3納米棒產(chǎn)品。經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)(圖4)觀察，證實(shí)所得產(chǎn)品為納米棒，其長(zhǎng)約1 4. 5 ii m(微米)、直徑約80 210nm(納米)。經(jīng)電子衍射(ED)分析知，納米棒為單晶結(jié)構(gòu)。經(jīng)X-射線衍射(XRD)分析得知產(chǎn)品為正交晶相結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例5
5
(1)準(zhǔn)確稱取1. 6g Sb203加入到40mL乙二醇中(Sb203與乙二醇的物質(zhì)的量之比值 為l : 128)，攪拌，然后再加入0.9g硫粉(硫的物質(zhì)的量為Sb203物質(zhì)的量的5. l倍)，繼 續(xù)攪拌混勻，向其中加入表面活性劑烷基酚聚氧乙烯(10)醚(0P-10)4. 5mL[烷基酚聚氧乙 烯(10)醚的物質(zhì)的量為313203物質(zhì)的量的1.3倍]，混勻后，將混合液轉(zhuǎn)移到三頸燒瓶中。
(2)在混合液中緩慢加入1. 6g硼氫化鈉(硼氫化鈉物質(zhì)的量為硫粉物質(zhì)的量的 1.5倍)，同時(shí)磁力攪拌。用油浴加熱，在197t:回流1小時(shí)。 (3)反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，離心分離，除去上層液體后，得到黑色沉淀。分別 用去離子水和無水乙醇將所得沉淀交替超聲洗滌各3次，得到的樣品于8(TC的恒溫干燥箱 中干燥8小時(shí)，即得到黑色的Sb2S3納米棒產(chǎn)品。經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)(圖5)觀察，證 實(shí)所得產(chǎn)品為納米棒，其長(zhǎng)約1 2. 9 ii m(微米)、直徑約85 210nm(納米)。經(jīng)電子衍 射(ED)分析知，納米棒為單晶結(jié)構(gòu)。經(jīng)X-射線衍射(XRD)分析得知產(chǎn)品為正交晶相結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
一種硫化銻納米棒的制備方法，其特征在于(a)將Sb2O3加入到鄰羥基二醇中，Sb2O3與鄰羥基二醇的物質(zhì)的量之比值為1∶50～160，攪拌混勻；然后加入硫粉，加入硫粉物質(zhì)的量為Sb2O3物質(zhì)的量的4～7倍，繼續(xù)攪拌混勻，得混合液；(b)在混合液中緩慢加入還原劑硼氫化鈉，其物質(zhì)的量為硫粉物質(zhì)的量的1～1.5倍，同時(shí)磁力攪拌；用油浴加熱，在170～200℃回流1～15小時(shí)；(c)反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，離心分離，除去上層液體后，得到黑色沉淀物；將黑色沉淀物分別用去離子水和無水乙醇交替超聲洗滌各2～3次，于60～80℃的恒溫干燥5～8小時(shí)，即得到黑色的硫化銻納米棒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫化銻納米棒的制備方法，其特征在于所述的鄰羥基二醇是乙二醇或1，2-丙二醇。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種硫化銻納米棒的制備方法，其特征在于將313203加入到鄰羥基二醇中，Sb203與鄰羥基二醇的物質(zhì)的量之比值為1 : 50 160，攪拌混勻；然后加入硫粉，加入硫粉物質(zhì)的量為Sb203物質(zhì)的量的4 7倍，繼續(xù)攪拌混勻，加入表面活性劑，表面活性劑的物質(zhì)的量為313203物質(zhì)的量的1 2倍，混勻后，得混合液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種硫化銻納米棒的制備方法，其特征在于所述的表面活性劑是聚乙二醇400、聚乙二醇600或烷基酚聚氧乙烯(10)醚。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種硫化銻納米棒的制備方法。該方法是先將Sb2O3加入到鄰羥基二醇中，攪拌混勻；然后加入硫粉、表面活性劑，混勻后，再加入硼氫化鈉，攪拌、回流一段時(shí)間后，自然冷卻至室溫，離心分離，得黑色沉淀；將沉淀洗滌、干燥，得長(zhǎng)約0.8～4.5μm(微米)、直徑約60～220nm(納米)、具正交晶相、單晶結(jié)構(gòu)的硫化銻納米棒。該方法具有生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、生產(chǎn)過程安全、反應(yīng)參數(shù)容易控制、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品粒子分散性良好而不易團(tuán)聚、實(shí)施成本低以及易于工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛用于棒狀形貌的無機(jī)金屬硫化合物納米材料的制備。
文檔編號(hào)B82B3/00GK101786661SQ20101011987
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者徐軍古, 朱啟安, 譚志剛, 陳利霞, 雍高兵, 項(xiàng)尚 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)