[發明專利]一種以二維層狀材料為模板的硫化鎘納米棒的制備方法及制品

有效

• 申請號: 201210578318.9
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103011259A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 施利毅;張登松;李紅蕊
• 申請（專利權）人: 東莞上海大學納米技術研究院;上海大學
• 主分類號: C01G11/02
• 分類號: C01G11/02;B82Y30/00
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 吳英彬

技術領域

本發明涉及納米材料制備的技術領域，尤其涉及一種以二維層狀材料為模板的硫化鎘納米棒的制備方法以及采用此方法制備的硫化鎘納米棒制品。

背景技術

隨著納米技術的發展，半導體納米材料由于其獨特表面效應、介電效應等成為人們研究的熱點。硫化鎘是一種重要的半導體材料，屬于II-VI族半導體化合物，在太陽能電池、發光二極管、電子器件等方面都有廣泛的應用。

硫化鎘的不同形貌和尺寸使得其禁帶寬度發生明顯變化。尤以納米棒為基礎的硫化鎘在納米器件的研制及催化領域中具有不同的用途，已經可以通過很多方法，如水熱法，化學氣相沉積等技術合成，故越來越引起人們的重視。

中國專利CN1239396C提到以三甲基十六烷基溴化胺的膠束水溶液為模板用氯化鎘和硫代乙酰胺合成硫化鎘納米棒，但操作條件嚴格、步驟繁瑣。中國專利CN1234612C涉及一種硫化鎘納米棒的制備方法，是以含鎘離子溶液、巰基乙酸和硫化鈉在高壓反應釜水熱制得。存在需要較高的反應溫度和較長的反應時間，且在高壓下進行。相應的設備裝置比較復雜，增加了制備的成本。

針對現有技術的不足，本發明提供了一種常溫常壓下、大量、有效、尺寸可調的硫化鎘納米棒的制備方法以及由此方法制備的硫化鎘納米棒。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種常溫常壓下、大量、有效、尺寸可調的硫化鎘納米棒的制備方法，以及由此方法制備的硫化鎘納米棒。

本發明為實現上述目的而采用的技術方案為：

一種以二維層狀材料為模板的硫化鎘納米棒的制備方法，其包括如下步驟：

1)制備二維層狀材料；

(11)制備混合溶液I：將氨基硅烷均勻分散地添加到表面活性劑的質量份數為2～10％的水溶液中，制備得到氨基硅烷的質量份數為1～8％的混合溶液I；

(12)pH值調節：將制得的混合溶液I，使用稀鹽酸，將其pH值調節至2～4之間；

(13)恒溫水浴反應：將步驟(12)得到的溶液，在1～50℃下恒溫水浴反應15～100h，自然冷卻至室溫；

(14)獲取二維層狀材料：將步驟(13)得到的溶液，依次經過離心，過濾之后，使用去離子水和無水乙醇洗滌多次，再在真空條件下進行干燥，得到二維層狀材料。

2)制備中間產物A；

(21)制備混合溶液II：將二維層狀材料的質量份數為1～15％的溶液和丁二酸酐的質量份數為1～20％的溶液添加到四氫呋喃中，使用超聲波使之完全分散；再在40～80℃的恒溫水浴反應20～48h之后，得到混合溶液II；

(22)獲取中間產物A：將步驟(21)得到的混合溶液II自然冷卻至室溫，再依次經過沉淀、離心、過濾之后，使用去離子水和無水乙醇洗滌多次，再在真空條件下進行干燥，得到中間產物A；

3)制備以二維層狀材料為模板的硫化鎘納米棒；

(31)制備混合溶液III：將步驟(22)所得到的中間產物A分散于無水乙醇中，制得中間產物A的質量份數為0.2～15％的混合液，使用超聲波使之分散均勻之后，再添加Cd(NO3)2溶液于其中，所添加Cd(NO3)2與二維層狀材料的質量比在1∶2～1∶20之間，添加完成之后，再次使用超聲波使之分散均勻，得到混合溶液III；

(32)制備淺黃色懸濁液：在攪拌的條件下，預定時間內，分別向混合溶液III與Na2S溶液中通入N2，所述Na2S溶液與步驟(31)中的Cd(NO3)2溶液摩爾比為1∶1；通入預定時間的N2之后，將所述Na2S溶液按預定的速度滴到混合溶液III中，同時加快攪拌速度，滴加完成之后，繼續攪拌并在預定的一段時間內通入N2，得到淺黃色懸濁液；

(33)獲取以二維層狀材料為模板的硫化鎘納米棒：將步驟(32)制備的淺黃色懸濁液，依次經過離心、過濾之后，使用去離子水和無水乙醇洗滌多次，再在真空條件下進行干燥，便得到以二維層狀材料為模板的硫化鎘納米棒。

所述步驟(11)中的氨基硅烷是3-氨基丙基三甲氧基硅烷、對氨基苯基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一種。

所述步驟(11)中的表面活性劑是十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉中的一種。

一種采用上述制備方法制備的硫化鎘納米棒，其均勻分散在二維層狀材料的層間，長度為200～300nm，寬度為45～55nm，長徑比為4～6。

本發明的目的在于利用二維層狀材料制備硫化鎘納米棒，利用這種二維層狀材料特殊的層間效應控制硫化鎘納米棒的尺寸。硫化鎘作為半導體材料極易形成尺寸可調的納米晶，由于其穩定性差，直接利用尚有困難。