一种Sb₂S₃纳米线的制备方法

专利名称：一种Sb₂S₃纳米线的制备方法
一种Sb2S3纳米线的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米Sb2S3材料的制备方法，特别是一种Sb2S3纳米线的制备方法。背景技术：
硫化锑(Sb2S3)是V-VI重要的直接带隙无机半导体材料，具有正交晶体结构，在室 温下的带隙能为1.72eV。硫化锑由于具有高的光敏感性和热电性能，被认为是利用太阳能 的理想材料。另外，硫化锑还被认为可广泛应用于红外领域、热电冷却技术和光电子技术等 方面。近年来，许多研究者利用化学气相沉积法(CVD)、模板法、蒸发冷凝法以及水 热(溶剂热)法制备了各种形貌的硫化锑晶相。例如Hu H M, Mo M S, YangB J等 (Solvothermal synthesis of Sb2S3 nanowires on a large scale[J].J CrystalGrowth, 2003，258 :106-112)用溶剂热法合成了纳米线；Yu Y, Wang R H, Chen Q, and Peng L M. (High-Quality Ultralong Sb2S3 Nanoribbons on Large Scale[J]. JPhys Chem B, 2005，109 23312-23315)用 SbCl3 与 Na2S2O3 直接反应合成了超长 Sb2S3 纳米带；Hu H M, Liu Z P, Yang B J 等(Solvothermal growth of Sb2S3Iiiicrocrystallites with novel morphologies [J], J Crystal Growth 2004,262 375-382)以硫化锑和硫脲为原料，采用 溶剂热法直接在低温下反应合成了 Sb2S3纳米花；Cheng B, Samulski E T等(One-step， ambient—temperature synthesis of antimonysulfide(Sb253)micron-size polycrystals with a spherical morphology [J]. Mater ResBull，2003，38 :297_301)在常温下合成了 Sb2S3微球。由此可见，许多研究者都致力于通过各种方法制备不同形态的Sb2S3材料。然而，上述制备方法操作复杂、反应周期长，且成本高昂。

发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种Sb2S3纳米线的制备方法，其操作简单、反 应周期短，且成本低廉。为实现上述目的，本发明提供了一种Sb2S3纳米线的制备方法，取IOmmol的Sb2Cl3 溶解于2ml的乙二醇中，待Sb2Cl3完全溶解后，边搅拌边倒入IOml的去离子水，形成白色的 乳浊液A ；取15mmol的Na2S · 9H20溶于IOml的去离子水中，形成溶液B ；将溶液B逐滴的 加入至溶液A中，形成前驱物；在前驱物中加入矿化剂，配成30ml溶液C后，放置于反应釜 中；将反应釜置入恒温箱中，当升温至240°C时，保温8 16小时，待反应结束后，将产物用 去离子水冲洗数次后在80°C恒温箱中真空干燥4h。作为本发明的优选实施例，所述矿化剂为CO(NH2)2 ；作为本发明的优选实施例，在240°C保温8 12小时；作为本发明的优选实施例，在240°C保温12小时。本发明Sb2S3纳米线的制备方法与现有技术相比，至少具有以下优点本发明的制 备方法简单、反应周期短，且成本低廉；另外，由本方法制备出来的Sb2S3纳米线为正交的
3Sb2S3单晶，具有较高的长径比，且纳米线直径大小均勻，表面光滑、干净，没有小颗粒杂相。
图1是由本发明方法制备的Sb2S3纳米线的X-射线衍射(XRD)图谱，其中横坐标 为衍射角2 θ，单位为。；纵坐标为衍射峰强度，单位cps ；图2是由本发明方法制备的Sb2S3纳米线高放大倍数的SEM照片；图3是由本发明方法制备成束的Sb2S3纳米线的SEM照片；图4是由本发明方法制备成束的Sb2S3纳米线的TEM照片；图5是由本发明方法制备的Sb2S3纳米线TEM照片，保温时间8h ；图6是由本发明方法制备的Sb2S3纳米线TEM照片，保温时间16h。
具体实施方式
下面结合附图对本发明Sb2S3纳米线的制备方法做详细描述实施例1(1)称取IOmmol的Sb2Cl3，将其倒入2ml的乙二醇中，用搅拌子搅拌直至Sb2Cl3完 全溶解；接着，向其中边搅拌边倒入IOml的去离子水，形成白色的乳浊液A ；(2)称取15mmol的Na2S · 9H20溶于IOml的去离子水中，形成溶液B ；(3)将溶液B以2滴/秒的速率滴入溶液A中，形成桔红色的前驱物；(4)在前驱物中加入CO (NH2)2,配成30ml溶液C ；(5)将溶液C放置于50ml的反应釜内，将反应釜置于恒温箱中加热，待温度升至 240°C时，保温12小时，反应结束后，将产物用去离子水冲洗直至pH为7，然后在80°C的恒 温箱中真空干燥4h，即得Sb2S3纳米线。将所得产物用日本理学D/max2550VB+/PC型X-射线衍射仪分析，由图1可以看 出，所有的衍射峰与标准卡(JCPDS-42-1393，a = 1. 122nm, b = 1. 131nm, c = 0. 3839nm) 相对应，没有其他杂相的衍射峰，表明产物为正交Sb2S3晶相，经计算，其晶胞参数为a = 1. 123nm, b = 1. 131nm, c = 0. 3840nm。由图2可以看出由本方法得到的纳米线具有高的长径比，直径约为200nm，长达 100 μ m，纳米线的直径大小均勻，表面光滑、干净，没有小颗粒杂相。而且在这些线状结构的 材料中，我们还发现了一部分成束的、有序排列的纳米结构，如图3所示。实施例2(1)称取IOmmol的Sb2Cl3，将其倒入2ml的乙二醇中，用搅拌子搅拌直至Sb2Cl3完 全溶解；接着，向其中边搅拌边倒入IOml的去离子水，形成白色的乳浊液A ；(2)称取15mmol的Na2S · 9H20溶于IOml的去离子水中，形成溶液B ；(3)将溶液B以2滴/秒的速率滴入溶液A中，形成桔红色的前驱物(；(4)在前驱物中加入CO (NH2)2,配成30ml溶液C ；(5)将溶液C放置于50ml的反应釜内，将反应釜置于恒温箱中加热，待温度升至 240°C时，保温8小时，反应结束后，将产物用去离子水冲洗至pH为7，然后在80°C的恒温箱 中真空干燥4h，即得Sb2S3纳米线。实施例3
(1)称取IOmmol的Sb2Cl3，将其倒入2ml的乙二醇中，用搅拌子搅拌直至Sb2Cl3完 全溶解；接着，向其中边搅拌边倒入IOml的去离子水，形成白色的乳浊液A ；(2)称取15mmol的Na2S · 9H20溶于IOml的去离子水中，形成溶液B ； (3)将溶液 B以2滴/秒的速率滴入溶液A中，形成桔红色的前驱物；(4)在前驱物中加入CO (NH2)2,配成30ml溶液C ；(5)将溶液C放置于50ml的反应釜内，将反应釜置于恒温箱中加热，待温度升至 240°C时，保温12小时，反应结束后，将产物用去离子水冲洗至pH为7，然后在80°C的恒温 箱中真空干燥4h，即得Sb2S3纳米线。请参阅图3至图6所示，由本方法得到的Sb2S3纳米线的直径约为200nm，长为 20μπι，且沿W01]晶面生长；另外，其具有较高的长径比，纳米线的直径方向基本不再长 大，纳米线的直径均勻，而长度达100 μ m。本发明Sb2S3纳米线的形成机理为刚开始，当SbCl3溶解于乙二醇中后，形成自由 的Sb3+离子；当加入去离子水后，形成SbOCl白色的不定型沉淀物；接着，随着S2-离子的引 入，Sb3+离子会迅速的与S2_离子结合，而形成桔红色的(Sb2S3)n不定型沉淀；在矿化剂和高 温高压的水热条件下，部分桔红色的不定型沉淀物溶解成Sb3+离子和S2-离子，随着反应的 进行，溶液中的离子浓度逐渐升高并形成过饱和溶液，此时，Sb3+离子和S2-离子结合形成 Sb2S3小晶核；小晶核吸收周围的离子不断长大。若反应时间过短，产物主要由球状的纳米 晶和不定型物质组成；当反应时间延长，Sb2S3小晶粒继续吸收溶液中的离子和小晶核而长 大。由于Sb2S3具有独特的链状结构和高的各向异性，因此，某些晶面生长速度快，Sb2S3纳米 晶在适当的压力和温度下很容易沿着某一个晶面而自组装成线状的结构。当反应时间延长 到12h时，纳米线继续沿着这一晶面生长而形成高长径比的纳米线；若反应时间继续延长， 由于溶液中的离子已消耗完，无法再提供纳米线生长的原料，因此，Sb2S3纳米线基本不再长 长，产物中部分成束的纳米线结构是由Sb2S3颗粒的团聚体在水热条件下共同沿着同一个 方向生长而形成纳米束。以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通 技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明 的权利要求所涵盖。
权利要求
一种Sb2S3纳米线的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)取10mmol的Sb2Cl3溶解于2ml的乙二醇中，待Sb2Cl3完全溶解后，边搅拌边倒入10ml的去离子水，形成白色的乳浊液A；(2)取15mmol的Na2S·9H2O溶于10ml的去离子水中，形成溶液B；(3)将溶液B以2滴/秒的速率加入至溶液A中，形成前驱物；(4)在前驱物中加入矿化剂，配成30ml溶液C后，放置于反应釜中；(5)将反应釜置入恒温箱中，当升温至240℃时，保温8～16小时，待反应结束后，将产物用去离子水冲洗至中性后在80℃恒温箱中真空干燥4h。
2.如权利要求1所述的Sb2S3纳米线的制备方法，其特征在于所述矿化剂为CO(NH2)215
3.如权利要求1所述的Sb2S3纳米线的制备方法，其特征在于所述步骤(5)中，在 240°C保温8 12小时。
4.如权利要求3所述的Sb2S3纳米线的制备方法，其特征在于所述步骤(5)中，在 240°C保温12小时。
全文摘要
本发明提供了一种Sb2S3纳米线的制备方法，取10mmol的Sb2Cl3溶解于2ml的乙二醇中，待Sb2Cl3完全溶解后，边搅拌边倒入10ml的去离子水，形成白色的乳浊液A；取15mmol的Na2S·9H2O溶于10ml的去离子水中，形成溶液B；将溶液B以2滴/秒的速率加入至溶液A中，形成前驱物；在前驱物中加入矿化剂，配成30ml溶液C后，放置于反应釜中；将反应釜置入恒温箱中，当升温至240℃时，保温8～16小时，待反应结束后，将产物用去离子水冲洗中性后在80℃恒温箱中真空干燥4h。由本发明制备方法简单、反应周期短，且成本低廉。
文档编号C01G30/00GK101898792SQ20101023219
公开日2010年12月1日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者刘运, 朱刚强, 薛飞 申请人:陕西科技大学