一種水相法製備PbS球形納米晶體的方法

2023-06-13 02:03:26 1

專利名稱：一種水相法製備PbS球形納米晶體的方法
技術領域：
本發明涉及納米晶體領域，特別涉及一種水相法製備PbS球形納米晶體的方法。
背景技術：
PbS納米晶屬於IV VI族半導體納米晶(量子點)，具有較小的能帶間隙 (0.41eV,300K)和較大的激子玻爾半徑(18nm)，其電子能帶從可見光到近紅外區域，在非 線性光學裝置、紅外探測器、太陽能接收器和生物標記等領域具有潛在的用途。基於PbS 量子點的納米材料，其性能與微觀形貌有著直接聯繫。由於PbS量子點為各向同性材料， 製備過程中取向生長難以控制，球形納米結構的報導相對較少。有些學者利用表面活性劑 控制合成 PbS 零維納米結構，如 LU 等(G. J. Zhou, Μ. K. Lu, Ζ. L. Xiu, S. F. Wang, H. P. Zhang, Y. Y. Zhou, S. M. Wang. J. Phys. Chem. B 2006，110，6543)以醋酸鉛為鉛源、硫代乙醯銨(TAA) 為硫源在表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、反應溫度100°C下反應30分鐘後 得到球形PbS納米粒子，但這種方法製得的球形PbS粒子粒徑很大，為40 50nm(遠遠 大於 18nm) ；Zhao 等(X. S. Zhao, I. Gorelikov, S. Musikhin, S. Cauchi, V. Sukhovatkin, Ε. H. Sargent, Ε. Kumacheva. Langmuir 2005，21，1086.)研究發現在表面活性劑 1_ 巰基丙 三醇(TGL)和二巰基丙三醇(DTG)作用下，調節體系pH= 11. 2，在很短的時間內可以迅速 生成球形PbS納米晶體，但這種方法採用的兩種表面活性劑均為進口試劑，價格昂貴，不利 於工業化應用。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中存在的缺點，提供一種成本低、粒徑小、工藝簡 單的水相法製備PbS球形納米晶體的方法。本發明的目的通過下述技術方案實現一種水相法製備PbS球形納米晶體的方法，是將摩爾比為2 4 10 1 4 1 4的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、叔十二硫醇、醋酸鉛和硫化鈉混合併攪拌，在 50 150°C下反應2 24小時，產生黑色溶膠溶液；反應結束後，冷卻至室溫，離心分離，沉 澱物用蒸餾水和無水乙醇依次洗滌，再將沉澱物於室溫下自然晾乾，得到PbS球形納米晶 體。這種PbS球形納米晶體的粒徑為5 18nm。所述醋酸鉛和硫化鈉的摩爾比彡1。CTAB 叔十二硫醇醋酸鉛硫化鈉的摩爾比優選為2 3. 5 10 3 4 1 3。上述反應過程中進行回流，其中反應溫度在50 100°C時採用自來水回流，反應 溫度在> 100 150°C時採用冰水回流。優選反應溫度為100°C，反應時間為8小時。本發明與現有技術相比具有如下優點和效果(1)本發明的製備條件溫和、工藝簡單、成本低，可實現工業化批量生產。
3
(2)本發明採用叔十二硫醇和CTAB所組成的非、陽離子表面活性劑復配體系，其 中，叔十二硫醇起到雙重作用，既是表面活性劑，又是分散劑。這些原料均是國產工業原料， 價廉易得，毒性低。(3)本發明製備出來的PbS球形納米晶體的晶型好，單分散，尺寸可控，而且粒徑 小於其Bohr半徑(18nm)，量子效應明顯。(4)本發明製備的PbS球形納米晶體性能穩定，室溫下放置3個月不會產生團聚或 沉澱現象。


圖1為本發明製備的PbS球形納米晶體的XRD圖。圖2為本發明製備的PbS球形納米晶體的TEM圖。圖3為本發明製備的PbS球形納米晶體的電子衍射圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。實施例1在IOOmL的圓底燒瓶內分別加入蒸餾水8mL，0. IM的醋酸鉛溶液4mL，0. 05M的 CTAB溶液7mL和叔十二硫醇0. 25mL (約1. Ommol)，將以上溶液混合併置於50°C恆溫油浴 中攪拌均勻，再將0. IM的硫化鈉溶液ImL快速注入反應器中，攪拌下用自來水分別回流2 小時、8小時、16小時和24小時。反應結束後，待冷卻至室溫後進行離心分離(12000rpm， 5min)，用蒸餾水和無水乙醇依次洗滌沉澱物，然後將所得到的沉澱物在室溫下自然乾燥， 得到的產品為黑褐色粉末。通過X-射線衍射(XRD)(如圖1所示)和電子衍射圖譜(如圖 3所示)說明產物為PbS納米晶；透射電鏡(TEM)(如圖2所示)觀察產物形態為球形，單分 散，粒徑為5 ISnm之間，隨著回流時間(2 24小時)的延長，PbS納米晶的晶型變好， 尺寸增大。實施例2在IOOmL的圓底燒瓶內分別加入蒸餾水10mL，0. IM的醋酸鉛溶液3mL，0. 05M的 CTAB溶液5mL和叔十二硫醇0. 25mL (約1. Ommol)，將以上溶液混合併置於100°C恆溫油浴 中攪拌均勻，再將0. IM的硫化鈉溶液2mL快速注入反應器中，攪拌下用自來水分別回流2 小時、8小時、16小時和24小時。然後經過例1的後處理過程，得到產物形態同例1。隨著 回流時間(2 24小時)的延長，PbS納米晶的晶型變好，尺寸增大。實施例3在IOOmL的圓底燒瓶內分別加入蒸餾水10mL，0. IM的醋酸鉛溶液3mL，0. 05M的 CTAB溶液4mL和叔十二硫醇0. 25mL (約1. Ommol)，將以上溶液混合併置於100°C恆溫油浴 中攪拌均勻，再將0. IM的硫化鈉溶液3mL快速注入反應器中，攪拌下用自來水分別回流2 小時、8小時、16小時和24小時。然後經過例1的後處理過程，得到產物形態同例1。隨著 回流時間(2 24小時)的延長，PbS納米晶的晶型變好，尺寸增大。實施例4在IOOmL的圓底燒瓶內分別加入蒸餾水8mL，0. IM的醋酸鉛溶液4mL，0. 05M的CTAB溶液7mL和叔十二硫醇0. 25mL (約1. Ommol)，把以上溶液混合併置於120°C恆溫油浴 中攪拌均勻，再將0. IM的硫化鈉溶液ImL快速注入反應器中，攪拌下用冰水分別回流2小 時、8小時、16小時和24小時。然後經過例1的後處理過程，得到產物形態同例1。隨著回 流時間(2 24小時)的延長，PbS納米晶的晶型變好，尺寸增大。實施例5在IOOmL的圓底燒瓶內分別加入蒸餾水10mL，0. IM的醋酸鉛溶液3mL，0. 05M的 CTAB溶液5mL和叔十二硫醇0. 25mL (約1. Ommol)，把以上溶液混合併置於150°C恆溫油浴 中攪拌均勻，再將0. IM的硫化鈉溶液2mL快速注入反應器中，攪拌下用冰水分別回流2小 時、8小時、16小時和24小時。然後經過例1的後處理過程，得到產物形態同例1。隨著回 流時間(2 24小時)的延長，PbS納米晶的晶型變好，尺寸增大。實施例6.在IOOmL的圓底燒瓶內加入1 ImLH20,4mL 0. IM的醋酸鉛溶液，4mL0. 05M的CTAB 溶液和0. 25mL叔十二硫醇(約1. Ommol)，將以上溶液混合併置於100°C恆溫油浴中攪拌均 勻，再將0. IM的硫化鈉溶液ImL快速注入反應器中，攪拌下用自來水回流8小時。然後經過 例1的後處理過程，得到產物形態同例1。PbS納米晶的晶型好，單分散，粒徑為8 lOnm。
權利要求
一種水相法製備PbS球形納米晶體的方法，其特徵在於將摩爾比為2～4∶10∶1～4∶1～4的十六烷基三甲基溴化銨、叔十二硫醇、醋酸鉛和硫化鈉混合併攪拌，在50～150℃下反應2～24小時，產生黑色溶膠溶液；反應結束後，冷卻至室溫，離心分離，沉澱物用蒸餾水和無水乙醇依次洗滌，再將沉澱物於室溫下自然晾乾，得到PbS球形納米晶體。
2.根據權利要求1所述的水相法製備PbS球形納米晶體的方法，其特徵在於所述醋 酸鉛和硫化鈉的摩爾比彡1。
3.根據權利要求1所述的水相法製備PbS球形納米晶體的方法，其特徵在於十六烷 基三甲基溴化銨叔十二硫醇醋酸鉛硫化鈉的摩爾比為2 3.5 10 3 4 1 3。
4.根據權利要求1所述的水相法製備PbS球形納米晶體的方法，其特徵在於所述反 應過程中進行回流，其中反應溫度在50 100°C時採用自來水回流，反應溫度在> 100 150°C時採用冰水回流。
5.根據權利要求1所述的水相法製備PbS球形納米晶體的方法，其特徵在於反應溫 度為100°C，反應時間為8小時。
全文摘要
本發明公開了一種水相法製備PbS球形納米晶體的方法。以醋酸鉛為原料，在表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨和叔十二硫醇的作用下同硫化鈉反應，經分離、純化，得到球形PbS納米晶體。本發明採用工業原料，價廉易得，反應條件溫和，操作簡便。
文檔編號C01G21/21GK101955220SQ20091003934
公開日2011年1月26日 申請日期2009年5月8日 優先權日2009年5月8日
發明者劉光華, 幹建群, 趙旭升 申請人:中國科學院廣州化學研究所