硫化鎘納米粉末及其製備方法與流程
2023-05-23 15:08:46
本發明涉及半導體材料領域，具體地，涉及一種硫化鎘納米粉末及其製備方法。
背景技術：
半導體粒子由於存在著顯著的量子尺寸效應，因此它們的光物理性質和化學性質迅速成為目前最活躍的研究領域之一，其中納米半導體粒子所具有的超快速的光學非線性響應及(室溫)光致發光等特性倍受世人關注。通常當半導體粒子尺寸效應與其激子玻爾半徑相近時，隨著粒子尺寸的減小，半導體粒子的有效帶隙增加，其相應的吸收光譜和螢光光譜發生藍移，從而在能帶中形成一系列分立的能級。同時納米半導體粒子還具有光電轉換特性和電學特性。
二十一世紀特別引人注目的將是納米半導體展現出的廣闊的應用前景。雖然由於成本太高，目前已經商業化的光伏電池難以大規模推廣應用，但是自從gratzel首次報導經染料敏化的納米晶光伏電池優異的光電轉換特性以來，各國科學家都被此吸引，圍繞納米晶光伏電池的研究越來越熱。這是由於納米晶光伏電池的製備較為簡單，且具有較高的光電轉換效率。納米半導體粒子的高比表面高活性、特殊的特性使之成為應用於傳感器方面最有前途的材料。它對溫度、光、溼度等環境因素是相當敏感的。外界環境的改變會迅速引起表面或界面離子價態電子輸運的變化，利用其電阻的顯著變化可做成傳感器，其特點是響應速度快、靈敏度高、選擇性優良。cds是ⅱ-ⅵ族化合物半導體研究得較多的材料，廣泛應用於太陽能電池、光電子和光致發光裝置。
近年來，cds半導體納米粒子由於本身具有優良的性能而成為研究的熱點。它的製備及性能研究引起了國內外學者的廣泛興趣，目前製備cds主要有以下方法：1.元素直接反應法：利用元素直接反應製備二元金屬化合物，通常採用高溫氣相/固相反應方式，如採用化學氣相沉積法(cvd)法，但是該方法得到的產物粒徑較大，同時製備過程中產生的硫蒸氣使產物難以保持其化學計量比。2.微乳液法：採用該方法能對粉末結構形貌實現有效控制，但是由於形成w/o微乳液要使用大量的表面活性劑，成本太高，微乳液中加溶水量太少，故產量很低，從而限制了其工業應用。3.水熱法：水熱體系是一種非受限體系，研究者利用水熱技術在相當低的溫度、密閉高壓環境中製備出球狀立方β-cds納米微粒。4.熱解反應：利用含有m-s鍵的前驅體化合物在較高溫度的分解，合成金屬硫化物反應。上述的這些製備方法往往存在步驟複雜、造價過高、或者對環境可能造成的各種汙染等問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種硫化鎘納米粉末及其製備方法，解決了現有的硫化鎘納米粉的製備方法存在步驟複雜、造價過高、或者對環境可能造成的各種汙染的問題。
為了實現上述目的，本發明提供了一種硫化鎘納米粉末的製備方法，所述製備方法包括：
(1)將鎘鹽、二乙基二硫代氨基甲酸鈉和水混合，陳化後得到前驅體；
(2)將前驅體進行灼燒得到硫化鎘納米粉末。
本發明還提供了一種硫化鎘納米粉末，所述硫化鎘納米粉末由上述的製備方法製得。
根據上述技術方案，本發明提供了一種硫化鎘納米粉末及其製備方法，所述製備方法包括：將鎘鹽、二乙基二硫代氨基甲酸鈉和水混合，陳化後得到前驅體；將前驅體進行灼燒得到硫化鎘納米粉末。該方法利用單分子前驅體固相合成，相比較其他一些液相合成方法，其使用原材料更為便宜，且無毒無汙染，生產工藝簡單，本方法溫度控制在300℃以下，不但降低了能耗，而且所得產物具有純相的纖鋅礦型結構(六方相)、粒徑較均一。
本發明的其他特徵和優點將在隨後的具體實施方式部分予以詳細說明。
附圖說明
附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中：
圖1是實施例1所得產物的粉末x射線衍射圖；
圖2是實施例1所得產物的螢光光譜圖；
圖3是實施例2所得產物的粉末x射線衍射圖；
圖4是實施例2所得產物的透射電鏡圖；
圖5是實施例2所得產物的螢光光譜圖；
圖6是實施例3所得產物的粉末x射線衍射圖；
圖7是實施例3所得產物的透射電鏡圖；
圖8是實施例3所得產物的螢光光譜圖。
具體實施方式
以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。
在本文中所披露的範圍的端點和任何值都不限於該精確的範圍或值，這些範圍或值應當理解為包含接近這些範圍或值的值。對於數值範圍來說，各個範圍的端點值之間、各個範圍的端點值和單獨的點值之間，以及單獨的點值之間可以彼此組合而得到一個或多個新的數值範圍，這些數值範圍應被視為在本文中具體公開。
本發明提供了一種硫化鎘納米粉末的製備方法，所述製備方法包括：
(1)將鎘鹽、二乙基二硫代氨基甲酸鈉和水混合，陳化後得到前驅體；
(2)將前驅體進行灼燒得到硫化鎘納米粉末。
在本發明的一種優選的實施方式中，為了更好的製得具有純相的纖鋅礦型結構的硫化鎘納米粉末，相對於0.01/3mol的鎘鹽，所述二乙基二硫代氨基甲酸鈉的用量為0.01-0.03mol，所述水的用量為180-220ml。
在本發明的一種優選的實施方式中，為了更好的製得具有純相的纖鋅礦型結構的硫化鎘納米粉末，所述鎘鹽選自硫酸鎘、硝酸鎘和氯化鎘中的一種或多種。
在本發明的一種優選的實施方式中，為了更好的製得具有純相的纖鋅礦型結構的硫化鎘納米粉末，在步驟(2)中，灼燒的條件至少包括：灼燒的溫度為250-280℃，灼燒的時間為5-12h。
在本發明的一種優選的實施方式中，為了更好的製得具有純相的纖鋅礦型結構的硫化鎘納米粉末，在步驟(1)中，陳化的時間為10-14h。
在本發明的一種優選的實施方式中，為了更好的製得具有純相的纖鋅礦型結構的硫化鎘納米粉末，在步驟(2)中，所述製備方法還包括：將陳化後的前驅體進行抽濾，將濾渣用去離子水洗滌2-3次後，置於75-85℃環境中乾燥1.5-2.5h。
本發明還提供了一種硫化鎘納米粉末，所述硫化鎘納米粉末由上述的製備方法製得。
以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。
實施例1
將0.01/3mol硫酸鎘(3cdso4·8h2o)、0.02mol二乙基二硫代氨基甲酸鈉和180ml水混合，陳化(陳化的時間為10h)後得到前驅體；將前驅體進行抽濾，將濾渣用去離子水洗滌2次後，置於75℃環境中乾燥1.5h，之後將處理後的將前驅體進行灼燒(灼燒的溫度為250℃，灼燒的時間為5h)得到硫化鎘納米粉末。
實施例2
將0.01/3mol硫酸鎘(3cdso4·8h2o)、二乙基二硫代氨基甲酸鈉和水混合，陳化(陳化的時間為14h)後得到前驅體；將前驅體進行抽濾，將濾渣用去離子水洗滌3次後，置於85℃環境中乾燥2.5h，之後將處理後的將前驅體進行灼燒(灼燒的溫度為280℃，灼燒的時間為12h)得到硫化鎘納米粉末。
實施例3
將0.01/3mol硫酸鎘(3cdso4·8h2o)、二乙基二硫代氨基甲酸鈉和水混合，陳化(陳化的時間為12h)後得到前驅體；將前驅體進行抽濾，將濾渣用去離子水洗滌3次後，置於80℃環境中乾燥2h，之後將處理後的將前驅體進行灼燒(灼燒的溫度為265℃，灼燒的時間為8h)得到硫化鎘納米粉末。
採用日本rigakud/max-3cx射線粉末衍射儀(cukα輻射，)測定硫化鎘納米粉末的結構；採用荷蘭philips公司tecnai12型透射電子顯微鏡(tem，120kv)對硫化鎘納米粉末的形貌與尺寸進行觀察測試；採用日本hitachif-4500螢光光譜儀對硫化鎘納米粉末的發光性質進行測試，測試結果見圖1-圖8。
圖1：本發明實施例1所得產物的粉末x射線衍射圖。其所有x-射線衍射峰從左到右分別對應於六方相cds的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)晶面，無前驅體的x衍射峰出現，說明實施例1所得的產品為純六方相的cds。
圖2：本發明實施例1所得產物的螢光光譜圖。採用的激發波長為350nm,發射峰在396nm處。
圖3：本發明實施例2所得產物的粉末x射線衍射圖。其所有x-射線衍射峰從左到右分別對應於六方相cds的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)晶面，無前驅體的x衍射峰出現，說明實施例1所得的產品為純六方相的cds。
圖4：本發明實施例2所得產物的透射電鏡圖。從該圖可知產物cds粉末為不規則的顆粒，粒徑為20-40nm.
圖5：本發明實施例2所得產物的螢光光譜圖。採用的激發波長為350nm,發射峰在382nm處。
圖6：本發明實施例3所得產物的粉末x射線衍射圖。其所有x-射線衍射峰從左到右分別對應於六方相cds的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)晶面，無前驅體的x衍射峰出現，說明實施例1所得的產品為純六方相的cds。
圖7：本發明實施例3所得產物的透射電鏡圖。從該圖可知產物cds粉末為不規則的顆粒，比較容易團聚，粒徑為20-40nm。
圖8：本發明實施例3所得產物的螢光光譜圖。採用的激發波長為350nm，發射峰在400nm處。
以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。