一种采用水热法制备SnS2六角纳米片的方法与流程

本发明属于材料学领域，涉及一种二硫化锡的制备方法，具体来说是一种采用水热法制备SnS₂六角纳米片的方法。

背景技术：

能源是经济发展的基础，也是人类赖以生存的基本条件，随着现代工业的迅速发展，对能源的需求越来越多。常规化石能源的使用会释放出大量的二氧化碳和一些有害气体，对环境造成严重的破坏，因此，改变能源结构，寻找可再生新能源已成为全人类必须面对的首要课题。可再生能源是取代常规化石能源最有效的方法。可再生能源大致分为风能，太阳能，地热，潮汐能等。在上述能源中，太阳能最有潜力成为主流能源，其储量极为丰富，可以源源不断地向外界福射能量，是现今世界上可以开发的最大能源，远高于其他可再生能源，可以满足全世界能源消耗。众所周知，太阳能清洁无污染，对太阳能的开发利用可以保护环境。在利用太阳能的方式中最有前途的为实现太阳能的光电转换，即利用光生伏特效应将太阳能直接转换成电能。

SnS₂作为一种n型半导体，宽带能隙大约为2.1eV，较宽的带隙使之具有良好的光学和电学特性；同时，Sn、S两种元素地球含量丰富、无毒，因此SnS2是一种很有前景的薄膜太阳能电池材料。

在中国专利“SnS₂纳米片制备方法、超薄SnS₂纳米片及其应用”中（CN 104362000A）公开了一种以油酸体系为基础，将锡源和不同的硫源直接加入油酸体系后，通过控制加入硫源的类型获得不同厚度二硫化锡纳米片的方法，从而在常压和较低的温度下制备得到二硫化锡纳米片的方法。该方法中但是该方法采用有机溶剂做反应溶剂，纳米片不易控制，用简单廉价的方法在水溶液中制备具有可控形貌和较小尺寸的SnS₂纳米材料仍是一个极大的挑战。中国专利“水热合成SnS₂纳米材料的方法”（CN 103373742A）中采用酸性环境体系反应后产物分散性不是很好，SnS₂会发生团聚，而本方法采用碱性环境即可克服这一缺点。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种采用水热法制备SnS₂六角纳米片的方法，所述的这种采用水热法制备SnS₂六角纳米片的方法要解决现有技术中的方法制备的SnS₂六角纳米片分散性不好，容易发生团聚的技术问题。

本发明提供了一种采用水热法制备SnS₂六角纳米片的方法，包括如下步骤：

1)称取反应物前驱体含硫化合物、锡盐、强碱和去离子水，所述的反应物前驱体含硫化合物、锡盐、强碱和去离子水的物料比为20-70 mmol：10-30mmol：2-15 g：5-50 mL；其中：所述含硫化合物可选自硫脲、硫粉、硫化钠、硫代乙酸、硫代硫酸钠或硫代乙酰胺中任意一种；所述强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷或氢氧化铯中任意一种；

2)依次将反应物前驱体含硫化合物、锡盐、强碱和去离子水加入到反应釜中，在室温下搅拌5-30 min至反应物前驱体溶解；

3)然后将反应釜密封放入到真空烘箱中，180-240℃反应12小时-10天，自然冷却至室温；

4)最后洗涤分离沉淀，即得SnS₂六角纳米片；

进一步的，所述的锡盐选自五水四氯化锡或者氯化亚锡中任意一种。

进一步的，所述水热合成反应的温度为180～200℃。

进一步的，所述水热合成反应的时间为1-7天。

本发明的制备原理如下：

Sn⁴⁺ + 4OH⁻ → SnO₂ + 2H₂O

NH₂CSNH₂ + 2H₂O → 2NH₃ + H₂S + CO₂

SnO₂ + 2H₂S → SnS₂ + 2H₂O.

本发明采用水热合成SnS₂的方法，成本低廉，通过控制反应物的用量、反应温度以及反应时间可得到的尺寸可控的SnS₂纳米材料。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明操作简单，无设备要求；所使用的各种溶剂均对环境友好，无高毒性物质产生，成本低廉，适合商业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例1采用水热法制备的SnS₂六角纳米片的X射线衍射图谱,从图中可以看出其结晶性较好，且不含其他杂相。

图2为本发明实施例1采用水热法制备的SnS₂六角纳米片的晶体结构图，SnS₂为层状的六方CdI₂晶体结构，金属锡原子以六方密堆积的方式形成片状结构，镶嵌在由硫原子以六方密堆积形成的片状结构之间。

图3为为本发实施例1采用水热法制备的SnS₂六角纳米片的扫描电镜图，其呈边长平均为4μm，厚度平均为1μm的六边形结构。

图4为本发明实施例1采用水热法制备的SnS₂六角纳米片分散于乙醇中的紫外吸收图。

具体实施方式

实施例1：

首先依次将反应物前驱体0.64 g硫粉、5.22 g五水四氯化锡、10 g氢氧化钾、20 mL去离子水加入到反应釜中，在室温下搅拌5 min至反应物前驱体，然后将反应釜密封放入到真空烘箱中200 ℃反应3天，自然冷却至室温，最后洗涤分离沉淀，即得SnS₂六角纳米片。

实施例2：

首先依次将反应物前驱体2.24 g硫粉、10.52 g五水四氯化锡、8 g氢氧化钾、30 mL去离子水加入到反应釜中，在室温下搅拌15 min至反应物前驱体物溶解，然后将反应釜密封放入到真空烘箱中230 ℃反应5天，自然冷却至室温，最后洗涤分离沉淀，即得SnS₂六角纳米片。

实施例3：

首先依次将反应物前驱体1.25 g硫粉、3.50 g五水四氯化锡、15 g氢氧化钾、40 mL去离子水加入到反应釜中，在室温下搅拌30 min至反应物前驱体物溶解，然后将反应釜密封放入到真空烘箱中190 ℃反应6天，自然冷却至室温，最后洗涤分离沉淀，即得SnS₂六角纳米片。

实施例4：

首先依次将反应物前驱体2.20 g硫粉、4.65 g五水四氯化锡、2 g氢氧化钾、50 mL去离子水加入到反应釜中，在室温下搅拌10 min至至反应物前驱体物溶解，然后将反应釜密封放入到真空烘箱中220 ℃反应2天，自然冷却至室温，最后洗涤分离沉淀，即得SnS₂六角纳米片。

实施例5：

首先依次将反应物前驱体1.56 g硫粉、8.67 g五水四氯化锡、12 g氢氧化钾、25 mL去离子水加入到反应釜中，在室温下搅拌20 min至反应物前驱体物溶解，然后将反应釜密封放入到真空烘箱中180 ℃反应1天，自然冷却至室温，最后洗涤分离沉淀，即得SnS₂六角纳米片。

实施例6：

首先依次将反应物前驱体0.8 g硫粉、3.65 g五水四氯化锡、6 g氢氧化钾、5 mL去离子水加入到反应釜中，在室温下搅拌18 min至反应物前驱体物溶解，然后将反应釜密封放入到真空烘箱中240 ℃反应3天，自然冷却至室温，最后洗涤分离沉淀，即得SnS₂六角纳米片。

实施例7：

首先依次将反应物前驱体0.92 g（20-70 mmol）硫粉、4.32 g五水四氯化锡、12 g氢氧化钾、28 mL去离子水加入到反应釜中，在室温下搅拌22 min至反应物前驱体物溶解，然后将反应釜密封放入到真空烘箱中200 ℃反应12小时，自然冷却至室温，最后洗涤分离沉淀，即得SnS₂六角纳米片。