一種水熱輔助聲化學製備硫化鈷納米晶的方法
2023-12-06 14:37:26 2
專利名稱：一種水熱輔助聲化學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，具體涉及一種水熱輔助聲化學製備硫化鈷納米晶的方法。
背景技術：
作為一種無毒、環保的過渡金屬硫化物納米材料，硫化鈷除了具有特殊的3d價電子殼層結構外，還具有納米材料應有的的非線性性質、螢光特性、量子尺寸效應和其它的重要物理化學性質。由於這樣的特性，使得納米CoS材料有著更優越的物理、化學、光學、顏料性能以及更為廣泛的用途。經研究發現，硫化鈷納米粒子的禁帶寬度大約為3.91eV[S. P.Tandon，J. P. Gupta. Measurement of Forbidden Energy Gap of Semiconductors by Diffuse Reflectance Technique. Physica Status Solidi (b)，1970，381 (1) :363-367]， 硫化鈷納米材料必將在高能量密度電池、太陽能光電材料等這些方面得到廣泛的應用 [M. S. Sadjadi, A. Pourahmad, Sh. Sohrabnezhad, K. Zare. Formation of NiS and CoS semiconductor nanoparticles inside mordenite-type zeolite. Materials Letters, 2007,61(14-15) :2923-2926] 超聲化學法是利用聲空化能加速或控制化學反應，提高反應產率和引發新的化學反應，是近年來出現的一種製備納米材料的新方法。利用超聲化學法製備硫化鈷納米晶，主要由於超聲波的空化作用，將在尺度約為微米級的區域產生瞬間的高溫和高壓[M. Behboudnia, M. H. Majlesara, B. Khanbabaee. Preparation of ZnS nanorods by ultrasonic waves[J]. Materials Science and Engineering B，2005，122 (2) : 160-163]， 另外，超聲波作用於溶液時，力學效應可通過攪拌作用，促進離子間相互作用，從而促進化學反應充分進行；聲空化作用產生的強烈的衝擊波抑制了大膠團的形成；熱學效應可促進 CoS凝聚；化學效應可促進氧化還原反應，從而對CoS納米晶的形成有很好的促進作用。水熱法也是近年來發展比較快的一種方法，研究體系一般處於非理想非平衡狀態，水熱環境中的高溫高壓狀態，使得重要離子間的反應加快，這樣大大節省了反應進行所需要的時間
發明內容
本發明的目的是提出一種水熱輔助聲化學製備硫化鈷納米晶的方法。此方法操作簡單，所得的硫化鈷納米晶結晶良好，粒徑分散較好。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是1)取1. 16g-5. 80g的分析純六水硝酸鈷(Co (NO3) 2 · 6H20)置於錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取0. 58g-2. 90g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 5-4. OmL的質量濃度為2%的溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0. 14mL-0. 68mL的(NH4)2S置於小燒杯中，並加入去離子水配置成40mL的溶
3液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進行震蕩，同時逐滴加入溶液D，設定超聲時間 10-60min，超聲功率 200-500W，超聲溫度 20_80°C ；6)將超聲反應後的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為50% -80%，之後密封，在 170-210°C反應 6-24h ；7)反應結束後，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產物進行分離後，分離後的產物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。由於反應過程中聲化學能量產生的高溫高壓、強烈的衝擊波和高速的射流，阻礙了粒子成為大膠團，水熱環境的臨界狀態促使晶粒的結晶性更好，使得所得的產物結晶性很好。此方法製備的硫化鈷納米晶形貌可控，為納米棒狀結構，直徑在IOnm左右；且製備工藝簡單，操作方便，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2. 32g的分析純六水硝酸鈷(Co(NO3)2 · 6H20)置於錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取1. 16g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入2. OmL的質量濃度為2%的溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0. 28mL的(NH4)2S置於小燒杯中，並加入去離子水配置成40mL的溶液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進行震蕩，同時逐滴加入溶液D，設定超聲時間 30min，超聲功率300W，超聲溫度80°C ；6)將超聲反應後的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為8 %，之後密封，在190 V 反應24h ；7)反應結束後，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產物進行分離後，分離後的產物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。將所得的硫化鈷納米晶用透射電子顯微鏡進行觀察，可以看出所製備的樣品為納米棒狀結構，直徑在IOnm左右(圖1)。實施例2 1)取1. 16g的分析純六水硝酸鈷(Co(NO3)2 · 6H20)置於錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取0. 58g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 5mL的質量濃度為2%的溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0. 14mL的(NH4) 2S置於小燒杯中，並加入去離子水配置成40mL的溶液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進行震蕩，同時逐滴加入溶液D，設定超聲時間 60min，超聲功率500W，超聲溫度50°C ；
6)將超聲反應後的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為80%，之後密封，在180°C 反應1 ；7)反應結束後，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產物進行分離後，分離後的產物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實施例3 1)取5. 80g的分析純六水硝酸鈷(Co (NO3)2 · 6H20)置於錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取2. 90g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入4. OmL的質量濃度為2%的溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0. 68mL的(NH4) 2S置於小燒杯中，並加入去離子水配置成40mL的溶液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進行震蕩，同時逐滴加入溶液D，設定超聲時間 15min，超聲功率200W，超聲溫度40°C ；6)將超聲反應後的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為50%，之後密封，在170°C 反應20h ；7)反應結束後，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產物進行分離後，分離後的產物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實施例4 1)取3. 25g的分析純六水硝酸鈷(Co(NO3)2 · 6H20)置於錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取2. 30g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入1. OmL的質量濃度為2%的溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0. 55mL的(NH4) 2S置於小燒杯中，並加入去離子水配置成40mL的溶液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進行震蕩，同時逐滴加入溶液D，設定超聲時間 20min，超聲功率400W，超聲溫度20°C ；6)將超聲反應後的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為60%，之後密封，在200°C 反應6h ；7)反應結束後，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產物進行分離後，分離後的產物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實施例5 1)取4. 60g的分析純六水硝酸鈷(Co (NO3)2 · 6H20)置於錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取1. 65g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入3. OmL的質量濃度為2%的溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0. 32mL的(NH4) 2S置於小燒杯中，並加入去離子水配置成40mL的溶液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進行震蕩，同時逐滴加入溶液D，設定超聲時間 40min，超聲功率500W，超聲溫度60°C ；6)將超聲反應後的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為70%，之後密封，在210°C 反應6h ；7)反應結束後，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產物進行分離後，分離後的產物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實施例6 1)取5. OOg的分析純六水硝酸鈷(Co (NO3)2 · 6H20)置於錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取0. 80g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入0. SmL的質量濃度為2%的H2S溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0. 22mL的(NH4) 2S置於小燒杯中，並加入去離子水配置成40mL的溶液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進行震蕩，同時逐滴加入溶液D，設定超聲時間 50min，超聲功率300W，超聲溫度70°C ；6)將超聲反應後的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為60%，之後密封，在200°C 反應IOh ；7)反應結束後，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產物進行分離後，分離後的產物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。
權利要求
1. 一種水熱輔助聲化學製備硫化鈷納米晶的方法，其特徵在於1)取1.16g-5. 80g的分析純六水硝酸鈷(Co(NO3)2 · 6H20)置於錐形瓶中，向錐形瓶中加入去離子水，攪拌，配置成40mL的紅色透明溶液A ；2)取0.58g-2. 90g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入0.5-4. OmL的質量濃度為2%的溶液，攪拌均勻得溶液C ；4)取0.14mL-0. 68mL的(NH4)2S置於小燒杯中，並加入去離子水配置成40mL的溶液D ；5)將溶液C放入超聲波清洗器中進行震蕩，同時逐滴加入溶液D，設定超聲時間 10-60min，超聲功率 200-500W，超聲溫度 20_80°C ；6)將超聲反應後的溶液加入水熱釜中，控制其填充比為50% -80 %，之後密封，在 170-210°C反應 6-24h ；7)反應結束後，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產物進行分離後，分離後的產物分別用去離子水和無水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中進行乾燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。
全文摘要
一種水熱輔助聲化學製備硫化鈷納米晶的方法，將六水硝酸鈷加入去離子水中得溶液A；將EDTA加入溶液A中攪拌得溶液B；向溶液B中加入H2S溶液得溶液C；將(NH4)2S加入去離子水得溶液D；將溶液C放入超聲波清洗器中進行震蕩，同時逐滴加入溶液D；將超聲反應後的溶液加入水熱釜中密封反應；反應結束後，將水熱釜取出冷卻至室溫，將產物進行分離後，分離後的產物分別用去離子水和無水乙醇清洗的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形貌可控，為納米棒狀結構，直徑約為10nm；且製備工藝簡單，操作方便，溫度低，能耗小，製備成本較低。
文檔編號C01G51/00GK102502887SQ20111037567
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, 曹麗雲, 李意峰, 李碧, 黃劍鋒 申請人:陝西科技大學