专利名称：一种硫化锌纳米粉末的制备方法
技术领域：
本发明涉及水热化学合成纳米材料工艺技术领域，尤其涉及水热法合成硫化锌纳米粉末的制备方法。
背景技术：
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围I IOOnm或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料为凝聚态物理提出了许多新的课题，由于纳米材料尺寸小，量子尺寸效应十分显著，这使得纳米材料体系的光、热、电、磁等物理性质与常规材料不同，出现许多新奇特性；另外纳米材料的另一个重要特点是表面效应。随着尺寸减小，比表面大大增加，导致纳米体系的化学性质与化学平衡体系出现很大差别。纳米合成为发展新型材料提供了新的途径和新的思路。纳米半导体材料为制备性能优越的半导体器件提供了 基础。ZnS是II-VI族宽禁带半导体化合物材料，白色粉末状固体，有六方和立方两种晶体结构，禁带宽度约为3. 5 3. 8eV, ZnS在平板显示器、电致发光、非线性光学器、阴极射线发光、发光二级管、太阳能电池、光催化、传感器和激光等领域有广泛的应用。另有研究表明3nm的ZnS颗粒的带隙为4. 13eV，发生明显的蓝移，是一种有潜力的光子材料，且纳米ZnS还具有突出的光催化效果。所以纳米ZnS的制备研究对光电器件产业具有十分重要的意义。目前制备纳米材料的方法有很多，如物理气相沉积、化学气相沉积、溅射法等气相法和沉淀法、喷雾法、溶胶-凝胶法、辐射化学法等液相法。这些方法有的工艺复杂，反应温度和反应时间长，有的方法反应过程中毒性大、环境污染严重，有的方法所得纳米材料易团聚、分散性差，不易控制纳米材料的形貌和尺寸均匀性，有的方法中所采用的具体工艺制备的纳米硫化锌相组成不纯。形状和大小不均匀影响着纳米材料的比表面积，因而性能会有较大差别；当纯度差时，由于出现的杂相是另一种物质，因而其性能会与单相物质不同，在光学特性、导电性能等方面有较大差异，这些物理性能对半导体材料是十分重要的。与本专利接近的现有技术有[I]R. Saravanan, S. Saravanakumar, S. Lavanya, Growth and local structureanalysis of ZnS nanoparticles, Physica B 405 (2010)3700-3703.文中报道了以溶胶-凝胶法制备ZnS纳米颗粒，并用XRD和SEM对ZnS纳米颗粒进行了表征。[2]Cun Li,Xiaogang Yang，Baojun Yang，Growth of microtubular complexes asprecursors to synthesize nanocrystalIine ZnS and CdS，Journal of Crystal Growth291 (2006)45-51.文章报道了以复合微管为前躯体，以ZnCl2、CdCl2及S单质为原料，用水热法在120°C保温12-24h分别合成ZnS、CdS纳米晶体。[3]Feng Wei, Guicun Li, Zhikun Zhang, Hydrothermal synthesis ofspindle-like ZnS hollow nanostructures, Materials Research Bulletin40(2005) 1402-1407.主要报道了以水热法合成中空的纺锤状ZnS纳米，并对其微观的结构和形貌进行了表征。[4] Ondrej Kozak, Petr Praus, Kami I a Koci , Preparation andcharacterization of ZnS nanoparticles deposited onmontmoriIIonite, Journal ofColloid and Interface Science 352 (2010)244-251.描述了以醋酸锌、硫酸锌和硫化钠等为原料，在蒙脱石上沉积得ZnS纳米颗粒，经测定颗粒的直径3 5nm。[5] S. D. Sartal e , B. R. Sankapal, M. Lux-Ste iner, Preparation of nanocrystalIine ZnS by a new chemical bath deposition route, Thin Solid Films480-481(2005) 168-172.报道了用化学浴沉积制备了致密、均匀的纳米晶薄膜。原料为锌盐、硫脲等，其中硫脲既是硫源又起到络合剂的作用。虽然本发明与以上技术制备都是制备的纳米ZnS，但是在原料、工艺流程上都有很大的区别，所以产品在结构、形貌、尺寸上有很大的差异。
发明内容
本发明为了解决现有技术的不足，而发明了一种硫化锌纳米粉末的制备方法。本发明采用水热法合成工艺制备硫化锌纳米粉末，以ZnCl2 · 2H20、硫单质粉末为原料，严格控制原料的化学计量比和浓度，以联氨为还原剂，在较低温度下加热，使原料进行共还原并发生合成反应，并经清洗、过滤和烘干即可得到目标产物。本发明的具体制备方法包括如下顺序的步骤a.将2. O 5. O份ZnCl2 · 2H20、I. O 2. 5份硫粉两种固体粉末均匀混合，再加入为20 45份盐酸，140 160份无水乙醇和350 380份去离子水；b.将上述混合物溶液倒入高压反应釜，再加入20 45份联氨；c.将上述反应釜加热至160 200°C之间，保温时间20 90小时，然后冷却到室温取出；d.将反应后的溶液通过水系微孔滤膜过滤，先后用去离子水和无水乙醇反复洗涤、过滤分离,去除杂质,洗涤至中性为止；e.将上述洗涤后所得物干燥，得到硫化锌纳米粉末。上述步骤a中混合物粉末在去离子水中均匀混合，采用超声波振动并进行搅拌的方式使之溶解更充分。上述步骤b中的联氨的纯度采用85%或80%。上述步骤b中的高压反应釜采用聚四氟乙烯内衬的反应釜。上述步骤e中洗涤后所得物的干燥在50 80°C下烘干。上述步骤e中的干燥采用真空烘箱进行干燥。相分析和形貌分析表明本发明所得硫化锌纳米粉末是单相粉体，其形状和大小均匀，粒径约在80 IOOnm之间。与同类技术相比，本发明所得硫化锌纳米粉末纯度高、分散性好，工艺过程安全、过程辅助溶液及产物易处理、无污染等，因此该方法具有非常广阔的应用前景。
附图I为实施例I中200°C保温90小时所得硫化锌的纳米粉末的X射线衍射图，可见所得粉末为单相。
具体实施例方式实施例I将4. 242份ZnCl2 ·2Η20和I. 000份硫粉两种固体粉末均匀混合，再加入30. 303份的盐酸，乙醇151. 515份，去离子水363. 636份，采用超声波振动并进行搅拌的方式使之均 匀混合。将上述混合物溶液倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，再加入85%的联氨30. 303份。将上述反应釜加热至200°C之间，保温时间90小时，然后冷却到室温取出。将反应后的溶液通过水系微孔滤膜过滤，先后用去离子水和无水乙醇反复洗涤、过滤分离，去除杂质，洗涤至中性为止。将上述洗涤后所得物在70°C下的真空烘箱中干燥，得到硫化锌粉末。经检测，所得ZnS的纯度为100%。实施例2将4. 242份ZnCl2 ·2Η20和I. 000份硫粉两种固体粉末均匀混合，再加入30. 303份的盐酸，乙醇151. 515份，去离子水363. 636份，采用超声波振动并进行搅拌的方式使之均匀混合。将上述混合物溶液倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，再加入85%的联氨30. 303份。将上述反应釜加热至200°C之间，保温时间45小时，然后冷却到室温取出。将反应后的溶液通过水系微孔滤膜过滤，先后用去离子水和无水乙醇反复洗涤、过滤分离，去除杂质，洗涤至中性为止。将上述洗涤后所得物在70°C下的真空烘箱中干燥，得到硫化锌粉末。经检测，所得ZnS的纯度为100%。
权利要求
1.一种硫化锌纳米粉末的制备方法，该方法包括如下顺序的步骤 a.将2.O 5. O份ZnCl2 2H20、1. O 2. 5份硫粉两种固体粉末均匀混合，再加入盐酸，无水乙醇和去离子水等溶剂均匀混合； b.将上述混合物溶液倒入高压反应釜，再加入20 45份联氨； c.将上述反应釜加热至160 200°C之间，保温·时间20 90小时，然后冷却到室温取出； d.将反应后的溶液通过水系微孔滤膜过滤，先后用去离子水和无水乙醇反复洗涤、过滤分离，去除杂质，洗涤至中性为止； e.将上述洗涤后所得物干燥，得到硫化锌纳米粉末。
2.如权利要求I所述一种硫化锌纳米粉末的制备方法，其中所述步骤a中向混合粉末中加入的溶剂为20 45份盐酸，140 160份无水乙醇和350 380份去离子水，采用超声波振动并进行搅拌的方式使之溶解更充分并混合均匀。
3.如权利要求I所述一种硫化锌纳米粉末的制备方法，其中所述步骤e中洗涤后所得物的干燥是在50 80°C下烘干。
4.如权利要求I或3所述一种硫化锌纳米粉末的制备方法，其中所述步骤e中的干燥采用真空烘箱进行干燥。
全文摘要
一种硫化锌粉末的制备方法，涉及水热化学合成纳米材料工艺技术领域。本发明采用ZnCl2·2H2O、S粉两种固体粉末为原料，以联氨为还原剂，通过反应、加热、洗涤、烘干等步骤制备硫化锌纳米粉末。本发明所得硫化锌粉末具有纯度高、大小均匀、分散性好，工艺过程安全、过程辅助溶液及产物易处理、无污染等优势，因此该方法具有非常广阔的应用前景。
文档编号B82Y40/00GK102674433SQ20121019169
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月12日 优先权日2012年6月12日
发明者刘科高, 孙昌, 李静, 石磊, 纪念静, 许斌 申请人:山东建筑大学