一种均匀沉淀法制备Sm(OH)3/CdS纳米复合物的方法与流程

本发明涉及纳米半导体复合材料制备领域，特别涉及一种制备Sm(OH)₃/CdS纳米复合物的方法。

背景技术：

氢氧化钐(Sm(OH)₃)作为一种有前景的镧系功能材料，在催化材料及光电子器件中有一定的应用潜力。Sm(OH)₃是一种具有4f电子结构氢氧化物，当温度从140℃升高到180℃时纯的六方相Sm(OH)₃此时禁带宽度为3.89-3.97eV，Sm(OH)₃具有优越的电学、光学和磁学性能，广泛应用于陶瓷电容器、汽车尾气处理、催化剂和医学等方面；

CdS晶体分为两种α-型，柠檬黄色粉末，密度3.91～4.15；β-型，橘红色粉末，密度4.48～4.51。自然界中有硫镉矿，六角晶体，密度4.82。能在氮气中升华。微溶于水和乙醇，溶于酸，极易溶于氨水。高纯度的是良好的半导体。禁带宽度Eg＝2.42ev,硫化镉光导体，突出的优点是静电潜像电位差大，复印出的图像反差大。因表层加有绝缘膜。

因为具有纳米材料共有的小尺寸效应和表面效应，CdS在光吸收、光催化等方面都表现出了特殊的效应，在、光催化材料、电极材料以及太阳能电池材料等方面都已得到广泛的研究和应用。然，Sm(OH)₃和CdS的光催化性能有限。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种均匀沉淀法制备Sm(OH)₃/CdS纳米复合物的方法，该方法中反应介质为水溶液，所得产物的纳米粒径分布较窄、分散性好、成本较低，易于实现工业化生产；所制备Sm(OH)₃/CdS纳米复合物具有较好的光催化性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种均匀沉淀法制备Sm(OH)₃/CdS纳米复合物的方法，包括以下步骤：

1)将分析纯Sm(NO)₃·6H₂O溶于蒸馏水中，制得浓度为0.015-0.050mol/L溶液A；

2)调节溶液A的pH至7～13，充分搅拌0.5～5h制得均匀溶液B；

3)将溶液B陈化后自然冷却至室温；

4)产物洗涤、干燥，制得白色粉末C；

5)将摩尔比(0.4～0.7):1的分析纯柠檬酸和白色粉末C在蒸馏水中完全溶解，在20～70℃磁力搅拌0.5～4h制得溶液D；溶液D中白色粉末C的浓度为0.01-0.04mol/L；

6)将分析纯CdCl₂溶于蒸馏水中，完全溶解，制得浓度为0.02-0.05mol/L的溶液E；

7)将E溶液缓慢加入到D溶液中，得到混合溶液，并在30～60℃磁力搅拌0.5～4h，制得前驱液；其中，D溶液中白色粉末C与E溶液中CdCl₂的摩尔比为：0.5:1-3:1；

8)将分析纯Na₂S·9H₂O完全溶于蒸馏水中，制得浓度为0.01-0.05mol/L的溶液F；

9)将溶液F加入到前驱液中，溶液F中Na₂S·9H₂O与前驱液中CdCl₂的摩尔比为0.5:1-2:1；产物洗涤、干燥得到产物Sm(OH)₃/CdS纳米复合物。

进一步的，步骤2)中采用有机碱二乙烯三胺调节溶液A的pH。

进一步的，步骤3)中溶液B在40～80℃水浴中陈化1～5h。

进一步的，步骤4)中洗涤、干燥具体为：依次用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤4～6次，收集的产物于40～80℃条件下真空干燥1～5h。

进一步的，步骤9)中洗涤、干燥具体为：依次用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤4～6次，收集的产物利用电热真空干燥箱于40～80℃条件下真空干燥2～5h得Sm(OH)₃/CdS纳米复合物。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明采用均匀沉淀法，最大优点在于利用有机碱二乙烯三胺调节反应体系的pH，制得的溶液，再经过真空干燥所得到的Sm(OH)₃纳米棒，将其和CdCl₂和Na₂S进行反应得到的Sm(OH)₃/CdS纯度高，结晶性强，形貌均匀且分散性好。 该反应的原料易得且成本低，工艺设备简单，能耗低，且该反应在常压下进行，以水做为反应溶剂，安全性好，可行性强，所以非常经济、实用，具有很好的工业化前景。

本发明所制备的Sm(OH)₃/CdS纳米复合物明显优于Sm(OH)₃和CdS的光催化性能。

附图说明

图1是本发明所制备Sm(OH)₃/CdS纳米复合物的XRD图；

图2是本发明所制备Sm(OH)₃/CdS纳米复合物的光催化性能图。

具体实施方式

实施例1：

1)将0.5mmol分析纯Sm(NO)₃·6H₂O溶于适量蒸馏水中，完全溶解，制得浓度为0.015mol/L溶液A；

2)采用分析纯有机碱二乙烯三胺调节溶液A的pH至7，充分搅拌1h制得均匀溶液B；

3)将溶液B放入40℃恒温水浴箱中陈化1.5h，反应结束后自然冷却至室温；

4)产物依次用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤4次，收集产物于40下的真空干燥1h，制得白色粉末C；

5)将分析纯柠檬酸和白色粉末C以0.4:1的摩尔比在蒸馏水中完全溶解，在30℃磁力搅拌1h制得溶液D；溶液D中白色粉末C的浓度为0.01mol/L；

6)将分析纯CdCl₂溶于适量蒸馏水中，完全溶解，制得浓度为0.02mol/L的溶液E；

7)将E溶液缓慢加入到D溶液中，得到混合溶液，并在30℃磁力搅拌0.5h，制得前驱液；其中，D溶液中白色粉末C与E溶液中CdCl₂的摩尔比为：0.5:1；

8)将分析纯Na₂S·9H₂O溶于适量蒸馏水中，充分溶解，制得浓度为0.01mol/L的溶液F；

9)将溶液F加入到前驱液中，溶液F中Na₂S·9H₂O与前驱液中CdCl₂的摩尔比为2:1；产物依次用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤4次，收集的产物于40℃条件下真空干燥2h，冷却到 室温即可得到产物Sm(OH)₃/CdS纳米复合物。

实施例2：

1)将1mmol分析纯Sm(NO)₃·6H₂O溶于适量蒸馏水中，完全溶解，制得浓度为0.05mol/L溶液A；

2)采用分析纯有机碱二乙烯三胺调节溶液A的pH至8，充分搅拌0.5h制得均匀溶液B；

3)将溶液B放入50℃恒温水浴箱中陈化1h，反应结束后自然冷却至室温；

4)产物依次用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤5次，收集的产物于80℃条件下的真空干燥2h，制得白色粉末C；

5)将分析纯柠檬酸和白色粉末C以1:2的摩尔比在蒸馏水中完全溶解，在40℃磁力搅拌2.5h制得溶液D；溶液D中白色粉末C的浓度为0.04mol/L；

6)将分析纯CdCl₂溶于适量蒸馏水中，完全溶解，制得浓度为0.05mol/L的溶液E；

7)将E溶液缓慢加入到D溶液中，得到混合溶液，并在40℃磁力搅拌1h，制得前驱液；其中，D溶液中白色粉末C与E溶液中CdCl₂的摩尔比为：3:1；

8)将分析纯Na₂S·9H₂O溶于适量蒸馏水中，完全溶解，制得浓度为0.05mol/L的溶液F；

9)将溶液F加入到前驱液中，溶液F中Na₂S·9H₂O与前驱液中CdCl₂的摩尔比为0.5:1；产物依次用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤5次，收集的产物于55℃条件下真空干燥5h，冷却到室温即可得到产物Sm(OH)₃/CdS纳米复合物。

实施例3：

1)将1.5mmol分析纯Sm(NO)₃·6H₂O溶于适量蒸馏水中，制得溶液A，制得浓度为0.02mol/L溶液A；

2)采用分析纯有机碱二乙烯三胺调节溶液A的pH至13，充分搅拌5h制得均匀溶液B；

3)将溶液B放入80℃恒温水浴箱中陈化5h，反应结束后自然冷却至室温；

4)产物依次用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤6次，收集的产物于55℃下的真空干燥5h，制得白色粉末C；

5)将分析纯柠檬酸和白色粉末C以0.6:1的摩尔比溶于适量蒸馏水中完全溶解，在70℃磁力搅拌4h制得溶液D；溶液D中白色粉末C的浓度为0.03mol/L；

6)按量分析纯CdCl₂溶于适量蒸馏水中，完全溶解，制得浓度为0.03mol/L的溶液E；

7)将E溶液缓慢加入到D溶液中，得到混合溶液，并在60℃磁力搅拌4h，制得前驱液；其中，D溶液中白色粉末C与E溶液中CdCl₂的摩尔比为：1:1；

8)将分析纯Na₂S·9H₂O溶于适量蒸馏水中，充分溶解，制得浓度为0.03mol/L的溶液F；

9)将溶液F加入到前驱液中，溶液F中Na₂S·9H₂O与前驱液中CdCl₂的摩尔比为1:1；产物依次用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤5次，收集的产物于60℃条件下真空干燥2h，冷却到室温即可得到产物Sm(OH)₃/CdS纳米复合物。

实施例4：

1)将2mmol的分析纯Sm(NO)₃·6H₂O溶于适量蒸馏水中，完全溶解，制得浓度为0.02mol/L溶液A；

2)采用分析纯有机碱二乙烯三胺调节溶液A的pH至12，充分搅拌1.5制得均匀溶液B；

3)将溶液B放入70℃恒温水浴箱中陈化2h，反应结束后自然冷却至室温；

4)产物依次用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤5次，收集的产物于65℃条件下真空干燥2h，制得白色粉末C；

5)将分析纯柠檬酸和白色粉末C以0.7:1的摩尔比溶于适量蒸馏水中完全溶解，在20℃磁力搅拌0.5h制得溶液D；溶液D中白色粉末C的浓度为0.02mol/L；

6)将一定量分析纯CdCl₂溶于适量蒸馏水中，完全溶解，制得浓度为0.01mol/L的溶液E；

7)将E溶液缓慢加入到D溶液中，得到混合溶液，并在50℃磁力搅拌1h，制得前驱液；其中，D溶液中白色粉末C与E溶液中CdCl₂的摩尔比为：2:1；

8)将分析纯Na₂S·9H₂O溶于适量蒸馏水中，制得浓度为0.05mol/L的溶液F；

9)将溶液F加入到前驱液中，溶液F中Na₂S·9H₂O与前驱液中CdCl₂的摩尔比为0.5:1；产物依次用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤6次，收集的产物于80℃条件下真空干燥5h，冷却到室温即可得到产物Sm(OH)₃/CdS。

图1是本发明实施例1所制备Sm(OH)₃/CdS纳米复合物的的XRD，从图中可以看出从图中可以看出产物的纯度高，结晶性强。图2是本发明实施例1所制备Sm(OH)₃/CdS纳米复合物对罗丹明B的光催化降解图；从图中可以看出，在30min的时候，Sm(OH)₃/CdS纳米复合物对罗丹明B的光催化降解接近100％，明显优于对比试验的Sm(OH)₃和CdS。