一種微波水熱製備硫化鈷納米晶的方法
2023-12-06 14:29:21 3
專利名稱：一種微波水熱製備硫化鈷納米晶的方法
技術領域：
本發明屬於硫化物納米材料技術領域，具體涉及一種微波水熱製備硫化鈷納米晶材料的方法。
背景技術：
金屬硫化物納米材料具有特殊的非線性性質、螢光特性、量子尺寸效應和其它的重要物理化學性質，因而具有廣泛的應用前景。具有3d價電子殼層結構的過渡金屬硫化物更是具有良好的光學、電學和磁學等性能，被廣泛應用於高能量密度電池、太陽能光電材料，因而受到廣泛重視。而且納米硫化物由於量子尺寸效應帶來的能級改變、能隙變寬，使微粒的發射能量增加，光學吸收向短波方向移動，具有更優異的光電催化活性。硫化鈷就是過渡金屬硫化物中的一種材料，作為一種無毒、環保的硫化物材料，硫化鈷越來越多的引起了人們的高度重視。納米硫化鈷有著比大顆粒傳統硫化鈷更優越的物理、化學、光學、顏料性能以及更為廣泛的用途。比如納米硫化鈷材料在超級電容器方面就有很好的應用前景，眾所周知，最好的電容器材料二氧化釕(RuO2)的電容值為720-760ΡΡ， 而利用納米CoS作為電容器的材料，其電容值可達到SOSFglShujuan Bao, Changming Li, Chunxian Guo, Yan Qiao. Biomolecule-assisted synthesis of cobalt sulfide nanowires for application in supercapacitors[J]. Journal of Power Sources,2008, 180(1) :676-681]，而且硫化鈷廉價、無毒，所以在電容器方面有很好的應用前景。由於其性質的多樣性，以後必將在磁性材料、電子材料[Mingkui Wang，Alina Μ. Anghel, Benoit Marsan, Ngoc-Le Cevey Ha, Nuttapol Pootrakulchote，Shaik. M. Zakeeruddin, and Michael Gratzel. CoS Supersedes Pt as Efficient Electrocatalyst for Triiodide Reduction in Dye-Sensitized Solar Cells[J]. American Chemical Society. 2009， 44，131 :15976-15977]、光學材料以及高強、高密度材料的燒結、催化、傳感等方面擁有廣闊的應用前景。目前，國內外關於硫化鈷納米晶的製備的報導還不多，主要有P. Justin， G. Ranga Rao 等人[P. Justin,G. Ranga Rao. CoS spheres for high-rate electrochemical capacitive energy storage application[J]. International Journal of Hydrogen Energy. 2010,35(18) :9709_9715]利用 Co (CH3COOH)2. 2H20 禾口 L-半胱氨酸為原料合成了硫化鈷納米材料，BaoShujuan等人以CoCl2 ·6Η20和L-半胱氨酸為原料，利用生物輔助的水熱法製備出了硫化鈷納米線，Q. R. Hu 等人[Q. R. Hu, S. L. Wang, Y. Zhang, W. H. Tang. Synthesis of cobalt sulfide nanostructures by a facile solvothermal growth process[J]. Journal of Alloys and Compounds，2010，491 (1-2) :707_711]以 Co (NO3) 2 ·6Η20 和硫脲為原料，利用一種溫和的溶劑熱生長法製備出硫化鈷納米結構。傳統的水熱合成方法操作條件複雜且較為苛刻，經常需要加入有毒的有機物作為溶劑，或者在合成過程中需要惰性氣體保護，需要在高溫高壓或者在低溫下長時間反應，反應周期長，而且成本高。微波是一種特殊的加熱方式，是頻率大約在300MHz 300GHz範圍內的電磁波，它介於無線電波和紅外輻射之間。微波以每秒鐘300M 300G次進行周期性的變化，具有穿透性和選擇性。這種運動方式能使處於微波場中的物質任何部分瞬間受到微波作用，從而改變極性粒子的微觀運動，即微波激發極性微觀粒子的偶極子轉向極化和界面極化，並迫使其按照微波的運動方式進行運動，使雜亂無章的微觀粒子趨向有序化，這就致使極性物質的微觀運動行為受到高頻變化電磁場的強化和約束，結果導致能量損耗。在微波的作用過程中，損耗的能量被極性物質吸收並轉化成為熱能等其他形式的能量，使微觀粒子的內運動和它們之間的碰撞、摩擦被加強或減弱，造成微觀粒子自身能量改變，從而使其發生一些新的物理、化學變化。微波法作為一種均勻快速的加熱方法，使得合成納米粒子變得高效， 簡單而且重複性高。
發明內容
本發明的目的是提出一種微波水熱製備硫化鈷納米晶的方法。此方法操作簡單， 無需保護氣氛，且反應時間短，反應溫度低，能耗小，所得的硫化鈷納米晶結晶良好，粒徑分散較好，形貌完整，直徑可控，可重複性高。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是1)取0. 58g-4. 64g的分析純六水合硝酸鈷(Co (NO3) 2 · 6H20)溶於去離子水中，配置成40mL-80mL的紅色透明溶液A ；2)取0. 15g_1.20g的分析純硫代乙醯胺(TAA)，溶於溶液A中，攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 2-4. OmL質量濃度為5%的氨水，得到含有沉澱的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應釜中，控制其填充比為40% -80% ；密封水熱反應釜後放入微波水熱反應儀中；水熱溫度控制在150-220°C，反應20-120min，反應結束後自然冷卻到室溫；5)反應結束後，打開微波水熱反應釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌後放入60°C的真空乾燥箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。本發明製備的硫化鈷納米晶結晶良好，顆粒均勻，晶粒尺寸約為10-50nm;且製備工藝簡單，操作方便，反應周期短，溫度低，能耗小，製備成本較低。
圖1是本發明實施例1製備的硫化鈷納米晶的X-射線衍射(XRD)圖譜；圖2是本發明實施例1製備的硫化鈷納米晶的透射電子顯微照片。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例1:1)取1. 16g的分析純六水合硝酸鈷(Co(NO3)2 · 6H20)溶於去離子水中，配置成 40mL的紅色透明溶液A ；2)取0.30g的分析純硫代乙醯胺(TAA)，溶於溶液A中，攪拌得溶液B;3)向溶液B中加入1. OmL質量濃度為5%的氨水，得到含有沉澱的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應釜中，控制其填充比為60% ；密封水熱反應釜後放入微波水熱反應儀中；水熱溫度控制在180°C，反應60min，反應結束後自然冷卻到室溫；5)反應結束後，打開微波水熱反應釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌後放入60°C的真空乾燥箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。將所得的硫化鈷納米晶產品用X-射線衍射儀進行分析，發現產物為JCPDS編號為 65-3418 (圖1)。將該樣品用掃描電子顯微鏡進行觀察，可以看出所製備的樣品尺寸約為 20nm(圖 2)。實施例2 1)取0.58g的分析純六水合硝酸鈷(Co(NO3)2 ·6Η20)溶於去離子水中，配置成 50mL的紅色透明溶液A ；2)取0. 15g的分析純硫代乙醯胺(TAA)，溶於溶液A中，攪拌得溶液B;3)向溶液B中加入2. 3mL質量濃度為5%的氨水，得到含有沉澱的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應釜中，控制其填充比為80% ；密封水熱反應釜後放入微波水熱反應儀中；水熱溫度控制在170°C，反應60min，反應結束後自然冷卻到室溫；5)反應結束後，打開微波水熱反應釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌後放入60°C的真空乾燥箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實施例3 1)取0.87g的分析純六水合硝酸鈷(Co(NO3)2 ·6Η20)溶於去離子水中，配置成 60mL的紅色透明溶液A ；2)取0.45g的分析純硫代乙醯胺(TAA)，溶於溶液A中，攪拌得溶液B;3)向溶液B中加入1. 6mL質量濃度為5%的氨水，得到含有沉澱的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應釜中，控制其填充比為40% ；密封水熱反應釜後放入微波水熱反應儀中；水熱溫度控制在150°C，反應120min，反應結束後自然冷卻到室溫；5)反應結束後，打開微波水熱反應釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌後放入60°C的真空乾燥箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實施例4 1)取2. 32g的分析純六水合硝酸鈷(Co(NO3)2 · 6H20)溶於去離子水中，配置成 70mL的紅色透明溶液A ；2)取0.60g的分析純硫代乙醯胺(TAA)，溶於溶液A中，攪拌得溶液B;3)向溶液B中加入3. 5mL質量濃度為5%的氨水，得到含有沉澱的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應釜中，控制其填充比為70% ；密封水熱反應釜後放入微波水熱反應儀中；水熱溫度控制在20(TC，反應50min，反應結束後自然冷卻到室溫；5)反應結束後，打開微波水熱反應釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌後放入60°C的真空乾燥箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實施例5 1)取3. 40g的分析純六水合硝酸鈷(Co(NO3)2 ·6Η20)溶於去離子水中，配置成80mL的紅色透明溶液A ；2)取0.85g的分析純硫代乙醯胺(TAA)，溶於溶液A中，攪拌得溶液B;3)向溶液B中加入0. 2mL質量濃度為5%的氨水，得到含有沉澱的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應釜中，控制其填充比為50% ；密封水熱反應釜後放入微波水熱反應儀中；水熱溫度控制在220°C，反應20min，反應結束後自然冷卻到室溫；5)反應結束後，打開微波水熱反應釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌後放入60°C的真空乾燥箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實施例6 1)取4. 64g的分析純六水合硝酸鈷(Co(NO3)2 ·6Η20)溶於去離子水中，配置成 50mL的紅色透明溶液A ；2)取1.20g的分析純硫代乙醯胺(TAA)，溶於溶液A中，攪拌得溶液B;3)向溶液B中加入4. OmL質量濃度為5%的氨水，得到含有沉澱的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應釜中，控制其填充比為80% ；密封水熱反應釜後放入微波水熱反應儀中；水熱溫度控制在160°C，反應lOOmin，反應結束後自然冷卻到室溫；5)反應結束後，打開微波水熱反應釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌後放入60°C的真空乾燥箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。
權利要求
1. 一種微波水熱製備硫化鈷納米晶的方法，其特徵在於1)取0.58g-4. 64g的分析純六水合硝酸鈷(Co(NO3)2 · 6H20)溶於去離子水中，配置成 40mL-80mL的紅色透明溶液A ；2)取0.15g-1.20g的分析純硫代乙醯胺(TAA)，溶於溶液A中，攪拌得溶液B;3)向溶液B中加入0.2-4. OmL質量濃度為5%的氨水，得到含有沉澱的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應釜中，控制其填充比為40%-80% ；密封水熱反應釜後放入微波水熱反應儀中；水熱溫度控制在150-220°C，反應20-120min，反應結束後自然冷卻到室溫；5)反應結束後，打開微波水熱反應釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌後放入60°C的真空乾燥箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。
全文摘要
一種微波水熱製備硫化鈷納米晶的方法，將六水合硝酸鈷溶於去離子水中得溶液A；將硫代乙醯胺(TAA)溶於溶液A中得溶液B；向溶液B中加入氨水，得到含有沉澱的水溶液C；將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應釜中，密封水熱反應釜後放入微波水熱反應儀中進行反應，反應結束後自然冷卻到室溫；打開微波水熱反應釜，通過離心分離收集樣品，將樣品在真空乾燥箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。本發明製備的硫化鈷納米晶結晶良好，顆粒均勻，晶粒尺寸約為10-50nm；且製備工藝簡單，操作方便，反應周期短，溫度低，能耗小，製備成本較低。
文檔編號C01G51/00GK102502888SQ20111037580
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者吳建鵬, 孫瑩, 曹麗雲, 李碧, 黃劍鋒 申請人:陝西科技大學