专利名称：一种以碳纳米管为模板制备硫化锌纳米管的方法
技术领域：
本发明涉及一种以碳纳米管为模板制备硫化锌纳米管的方法，属于纳米技术领域。
背景技术：
制备具有特殊结构的纳米材料，尤其是具有管状结构的纳米材料对提高材料性能、扩宽材料应用领域具有重要意义。其中，硫化锌管状结构由于其特殊的结构与性能，在光电、能源以及医学领域都具有广阔的应用前景，成为研究热点。一方面，硫化锌管状结构具有高比表面积，管状结构适合作为药物载体，同时材料特有的荧光性质能够对整个药物输运及代谢过程进行原位示踪，在纳米生物医学领域具有潜在应用前景；另一方面，硫化锌是很好的光催化剂，管状纳米结构有利于提高其光催化性能，在光催化分解有毒、有害物质以及光催化分解水制氢方面具有广阔的应用前景。目前一般采用阳极氧化铝模板法制备纳米管，但是由于该方法存在产量低，颗粒较大，直径较粗以及氧化铝模板不能完全去除等缺点，极大的限制了纳米管的制备及应用。
发明内容
针对现有制备纳米管的方法存在的缺陷，本发明的目的是提供一种新的以碳纳米管为模板制备硫化锌纳米管的方法。本发明提出的以碳纳米管为模板制备硫化锌纳米管的方法，具体步骤如下
(1)将摩尔比为1:1的无机锌源和硫粉加入到5-500ml的四氢呋喃溶液中，超声分散；
(2)称取5-100mg的多壁碳纳米管加入到5-500ml的四氢呋喃溶液中，超声分散；
(3)称取摩尔含量与硫粉相同的硼氢化钠，加入到5-500ml的四氢呋喃溶液中，超声分
散；
(4)将步骤(1)得到的溶液加入到步骤(2)得到的溶液中，超声分散均勻，然后将步骤 (3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，超声反应；
(5)将步骤(4)所得到的反应产物用无水乙醇离心分离，真空干燥，在氧气气氛中热处理，即得所需产品。本发明中，步骤(1)中所述无机锌源可以是氯化锌、硝酸锌、硫酸锌或醋酸锌等中的任一种。本发明中，步骤(1)、步骤⑵、步骤(3)和步骤(4)中超声时间均为l-120min，超声功率均为100-400W。本发明中，步骤(5)中所述步骤(4)所得反应产物用无水乙醇离心1-10次，离心转速控制在lOOO-lOOOOrpm之间。本发明中，步骤(5)中所述真空干燥温度为20-200°C，时间为l_Mh。本发明中，步骤(5)中所述热处理温度为500-1000°C，时间为l_10h。
本发明提供一种制备硫化锌纳米管的技术，在四氢呋喃溶液条件下，通过超声反应，以多壁碳纳米管为模板制备得到直径在100纳米以下的硫化锌纳米管。该方法具有反应条件温和、操作简单、可重复性强等特点，该方法制备的硫化锌纳米管具有很高的比表面积以及规则的管状结构，能够更加有效地应用于药物输运；同时硫化锌是很好的光催化剂， 管状纳米结构有利于提高其光催化性能，在光催化分解有毒、有害物质以及光催化分解水制氢方面具有广阔的应用前景。
图1是硫化锌纳米管的透射电镜照片。图2是硫化锌纳米管的扫描电镜照片。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明作进一步的说明。实施例1
(1)称取2mmol的氯化锌和2mmol的硫粉，加入到500ml的四氢呋喃中，超声分散 120min，超声功率400W;(2)称取60毫克多壁纳米管碳加入到500ml的四氢呋喃中，超声分散120min，超声功率400W ;(3)称取2mmol的硼氢化钠，加入到500ml的四氢呋喃中，超声分散120min，超声功率400W;(4)将步骤(1)得到的溶液加入到步骤(2)得到的溶液中，超声分散均勻，然后将步骤(3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，继续超声反应120min，超声功率400W ； (5)将步骤(4)得到的沉淀物用无水乙醇离心5次，所得产物在20°C下真空干燥Mh，接着在500°C氧气气氛中热处理10小时。图1和图2分别是制备所得到的硫化锌纳米管的透射电镜照片和扫描电镜照片， 从图中可以看出硫化锌为均勻的中空管状结构，直径在IOOnm以下。实施例2:
(1)称取2mmol的硝酸锌和2mmol的硫粉，加入到500ml的四氢呋喃中，超声分散 120min，超声功率100W ； (2)称取60毫克多壁纳米管碳加入到500ml的四氢呋喃中，超声分散120min，超声功率100W ;(3)称取2mmol的硼氢化钠，加入到500ml的四氢呋喃中，超声分散120min，超声功率100W; (4)将步骤(1)得到的溶液加入到步骤(2)得到的溶液中，超声分散均勻，然后将步骤(3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，继续超声反应120min，超声功率100W ； (5)将步骤(4)得到的沉淀物用无水乙醇离心5次，所得产物在200°C下真空干燥lh，接着在500°C氧气气氛中热处理10小时。其结果和实施例1相似。实施例3:
(1)称取2mmol的醋酸锌和2mmol的硫粉，加入到300ml的四氢呋喃中，超声分散 60min，超声功率200W ;(2)称取60毫克多壁纳米管碳加入到300ml的四氢呋喃中，超声分散60min，超声功率200W ； (3)称取2mmol的硼氢化钠，加入到300ml的四氢呋喃中，超声分散60min，超声功率200W ； (4)将步骤(1)得到的溶液加入到步骤(2)得到的溶液中，超声分散均勻，然后将步骤(3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，继续超声反应60min，超声功率200W ;(5)将步骤(4)得到的沉淀物用无水乙醇离心5次，所得产物在100°C下真空干燥 12h，接着在500°C氧气气氛中热处理10小时。其结果和实施例1相似。
实施例4:
(1)称取4mmol的硫酸化锌和4mmol的硫粉，加入到500ml的四氢呋喃中，超声分散 120min，超声功率400W;(2)称取100毫克多壁纳米管碳加入到500ml的四氢呋喃中，超声分散120min，超声功率400W ;(3)称取4mmol的硼氢化钠，加入到300ml的四氢呋喃中，超声分散120min，超声功率400W ； (4)将步骤(1)得到的溶液加入到步骤(2)得到的溶液中， 超声分散均勻，然后将步骤(3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，继续超声反应120min， 超声功率400W ； (5)将步骤(4)得到的沉淀物用无水乙醇离心10次，所得产物在60°C下真空干燥Mh，接着在100(TC氧气气氛中热处理1小时。其结果和实施例1相似。实施例5
(1)称取Immol的氯化锌和Immol的硫粉，加入到250ml的四氢呋喃中，超声分散 60min，超声功率400W ； (2)称取30毫克多壁纳米管碳加入到250ml的四氢呋喃中，超声分散60min，超声功率400W;(3)称取Immol的硼氢化钠，加入到150ml的四氢呋喃中，超声分散60min，超声功率400W ； (4)将步骤(1)得到的溶液加入到步骤(2)得到的溶液中，超声分散均勻，然后将步骤(3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，继续超声反应120min，超声功率400W ； (5)将步骤(4)得到的沉淀物用无水乙醇离心5次，所得产物在100°C下真空干燥 Mh，接着在800°C氧气气氛中热处理3小时。其结果和实施例1相似。实施例6:
(1)称取0. Olmmol的氯化锌和0. Olmmol的硫粉，加入到5ml的四氢呋喃中，超声分散lmin，超声功率400W ;(2)称取5毫克多壁纳米管碳加入到5ml的四氢呋喃中，超声分散lmin，超声功率400W;(3)称取0. Olmmol的硼氢化钠，加入到5ml的四氢呋喃中，超声分散lmin，超声功率400W ； (4)将步骤(1)得到的溶液加入到步骤(2)得到的溶液中，超声分散均勻，然后将步骤(3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，继续超声反应lmin，超声功率 400W ； (5)将步骤(4)得到的沉淀物用无水乙醇离心1次，所得产物在20°C下真空干燥Mh， 接着在500°C氧气气氛中热处理3小时。其结果和实施例1相似。
权利要求
1.一种以碳纳米管为模板制备硫化锌纳米管的方法，其特征在于具体步骤如下(1)将摩尔比为1:1的无机锌源和硫粉加入到5-500ml的四氢呋喃溶液中，超声分散；(2)称取5-100mg的多壁碳纳米管加入到5-500ml的四氢呋喃溶液中，超声分散；(3)称取摩尔含量与硫粉相同的硼氢化钠，加入到5-500ml的四氢呋喃溶液中，超声分散；(4)将步骤(1)得到的溶液加入到步骤(2)得到的溶液中，超声分散均勻，然后将步骤 (3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，超声反应；(5)将步骤(4)所得到的反应产物用无水乙醇离心分离，真空干燥，在氧气气氛中热处理，即得所需产品。
2.根据权利要求1所述的一种以碳纳米管为模板制备硫化锌纳米管的方法，其特征在于步骤(1)中所述反应锌源为氯化锌、硝酸锌、硫酸锌或醋酸锌中任一种。
3.根据权利要求1所述的一种以碳纳米管为模板制备硫化锌纳米管的方法，其特征在于步骤(1)、步骤O)、步骤(3)和步骤(4)中超声分散时间均为l-120min，超声功率均为 100-400W。
4.根据权利要求1所述的一种以碳纳米管为模板制备硫化锌纳米管的方法，其特征在于步骤(5)中所述步骤(4)所得反应产物用无水乙醇离心1-10次，离心转速控制在 lOOO-lOOOOrpm 之间。
5.根据权利要求1所述的一种以碳纳米管为模板制备硫化锌纳米管的方法，其特征在于步骤(5)中所述真空干燥温度为20-200°C，时间为1-Mh。
6.根据权利要求1所述的一种以碳纳米管为模板制备硫化锌纳米管的方法，其特征在于步骤(5)中所述氧气气氛热处理温度为500-1000°C，时间为l-10h。
全文摘要
本发明涉及一种以碳纳米管为模板制备硫化锌纳米管的方法。具体步骤为将摩尔比为1:1的无机锌源和硫粉加入到四氢呋喃溶液中，超声分散；称取多壁碳纳米管加入到四氢呋喃中，超声分散；称取摩尔含量与硫粉相同的硼氢化钠，加入到四氢呋喃溶液中，超声分散；将超声分散之后的硼氢化钠溶液滴加到由无机锌源、硫粉和多壁碳纳米管混合的四氢呋喃溶液中，超声反应；所得到的反应产物用无水乙醇离心分离、真空干燥、高温热处理,得到的白色产物即为硫化锌纳米管。本发明制备反应条件温和、方法简单易行、可操作性强、重复性好、成本低，具有一定的普适性；所得硫化锌纳米结构具有很高的比表面积以及规则的空心管状形貌，能够更加有效地应用于药物输运；同时硫化锌是很好的光催化剂，空心纳米结构有利于提高其光催化性能，在光催化分解有毒、有害物质以及光催化分解水制氢方面具有广阔的应用前景。
文档编号B82Y40/00GK102275979SQ201110127920
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者张兵波, 时东陆, 王祎龙, 陈炳地 申请人:同济大学