[發明專利]一種制備納米硫化鋅的方法

無效

• 申請號: 200810031121.7
• 申請日: 2008-04-21
• 公開（公告）號: CN101264925A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 丘克強
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01G9/08
• 分類號: C01G9/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明涉及一種制備納米硫化鋅的方法。

背景技術

ZnS是具有較寬直接帶隙的II-VI族化合物半導體材料，它的電致發光和光致發光效率較高，是目前多色熒光粉的重要基質材料。近幾年有關ZnS納米材料的制備及性能研究的文獻很多，概括起來可以分為物理法和化學法兩大類，其中物理方法主要有：氣相沉積法、濺射沉積法、低溫等離子法和蒸汽冷凝法等，這類方法儀器設備復雜，成本高；化學法主要有水熱溶劑熱法、化學沉淀法、微乳液法、溶膠凝膠法和LB膜法等，這些方法中原料較貴，并使用大量有機溶劑，過程控制復雜，或顆粒均勻性差，粒子易粘結或團聚等。因而有必要探索新的合成方法，結合固相法和液相法的優點，簡單、快捷地制備出高純度、性能良好的納米硫化鋅。

Xu?J?F等發明了一種新型的制備納米硫化鋅的方法：即先利用氣相蒸發技術制備出平均粒徑為80nm的鋅粉粒子，高活性的鋅粉粒子在接觸空氣時表面會有一部分被氧化，即為Zn/ZnO納米粉粒。將適量的Zn/ZnO粉粒置于一定濃度的Na₂S溶液中，形成懸浮液，在50℃下超聲振蕩，反應體系的顏色由黑轉白，形成ZnS沉淀，過濾、洗滌，得到平均粒徑為40nm的球狀ZnS微粒，過程如下：

2Zn+O₂→2ZnO(1)

ZnO+Na₂S+H₂O→ZnS+2NaOH(2)

分析上述方法可發現：1、該法本質是反應(2)，因此不需要用納米鋅作為原料。因為制備納米氧化鋅比制備納米鋅粉更簡單，成本也更低，所以可直接用納米氧化鋅甚至普通氧化鋅做原料。2、正如該研究者的實驗結果表明，所得產品容易殘留金屬鋅，純度不高。

本發明首次直接以普通氧化鋅粉和硫化鈉為原料，利用超聲波預分散作用，制備出了性能優良的納米硫化鋅。

發明內容

本發明的目的旨在提供一種簡單，快捷地制備出高純度、性能良好的納米硫化鋅的方法。

本發明的目的是通過下述方式實現的：

將Na₂S溶液與ZnO固體粉末混合，其中液固質量比為1-1.5∶1，Na₂S溶液的濃度為1-3mol/L；并在反應前通過超聲波報蕩分散，在70-90℃溫度下，進行磁力攪拌反應，反應完成后得到的產物先用蒸餾水和后用無水乙醇洗滌，真空干燥后即得納米ZnS粉末。

所述的超聲波掁蕩分散時間優選10-20min，最優選15min。

磁力攪拌反應的時間優選1.5-2.5小時，最優選2小時。

本發明最優選的反應條件為：反應溫度80℃、Na₂S摩爾濃度2mol/L，液固比1.2：1。

本發明具體實施步驟為：

本發明為了達到上述目的的技術方案是在室溫下，配制Na₂S溶液，將Na₂S溶液與ZnO固體粉末混合，超聲波振蕩分散后，然后轉入三頸瓶中，并將三頸瓶的2/3沒入一定溫度的水浴中，磁力攪拌1.5-2.5小時，反應完成后得到的產物先用蒸餾水和后用無水乙醇洗滌，真空干燥后即得納米ZnS粉末。運用XRD，SEM，IR及TG-DTA對納米顆粒產品進行分析，結果表明納米硫化鋅產品為結晶良好的立方體閃鋅礦，平均粒度為50納米，且具有良好的紅外透光性和熱穩定性。在超聲作用下，用普通ZnO作為原料，可以得到納米硫化鋅產品。實驗還證明：原料的形貌對產物的形貌基本沒有影響。

本發明與現有的制備方法相比，具有如下優點：工藝簡單、原料便宜、制備周期短，且生成的納米顆粒粒度分布均勻。本發明直接使用的是比納米鋅粉更容易制備和更易得到的氧化鋅作為原料生產納米硫化鋅，更加經濟實用。

在本發明中，在超聲波的作用下，我們直接用氧化鋅反應合成制備納米ZnS，反應原理如下：

用(Δ_rG_m)_T，P可以判別反應的方向，但Δ_rG_m^θ只能反映反應的限度。在一般情況下，Δ_rG_m^θ不能作為判別反應方向的依據，因為Δ_rG_m^θ值是反應物和產物都處于標準狀態下反應的吉布斯自由能變化值，因此只能判定該特定條件下的反應方向。在實際情況下，要用Δ_rG_m判據判斷反應的方向。對于反應：