专利名称：PbO/PbS核壳结构的合成方法
技术领域：
本发明属于天然矿物的人工合成技术领域,尤其涉及PbO/PbS核壳结构的人工合成方法。
背景技术：
PbO是一种重要的工业原料，禁带宽度在2eV左右，具有良好的半导体、光学性能。鉴于这方面的优良性能PbO在蓄电池、气敏元件、光学元件、催化剂、合金、涂料和铅玻璃等方面应用广泛。PbS的禁带宽度为0.41eV，属于窄禁带宽度，波尔半径为18nm，是一·种性能良好的半导体材料，而且具有优异的三阶非线性光学性能，因此被广泛应用在发光二极管、红外检测器、光控开关、红外发射器、太阳能电池板、室内涂料以及铅传感器等方面。PbO/PbS核壳结构兼具PbO和PbS的特性，应用前景广泛而且可以通过改变外层PbS的厚度达到改变样品禁带宽度的目的。然而现在PbO/PbS核壳结构研究较少，不易得到完整的PbS外壳，而且PbS层厚度可控性差，难以满足高科技领域的要求。因此需要针对这些缺点进行改进，探索一种PbS层完整而且层厚可控的PbO/PbS核壳结构的人工合成方法。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种PbO/PbS核壳结构的人工合成方法，该合成方法纯度高，表面硫化层成分单一，无体相硫化铅生成，且硫化层厚度易控，反应条件温和，无需特征设备，便于大规模生产，能满足很多行业的要求。本发明是通过下述的技术方案来解决上述的技术问题的PbO/PbS核壳结构的合成方法，所述的工艺步骤为(I)按摩尔比(2 10)Pb0 (I)黄药比例称取PbO和黄药，混合后放入反应容器，向容器内加入一定量蒸馏水，常温下搅拌反应2 4小时。(2)将反应得到的物质抽滤，用水洗涤3次，真空干燥后得到PbO/PbS的前躯体。(3)将步骤⑵所得前躯体在50 250°C下煅烧2 5小时，即得PbO/PbS核壳结构。本发明所述步骤⑴中PbO与黄药间的比列为2 : I到10 : I之间本发明所述步骤(I)中PbO为a -PbO或@ -PbO。本发明所述步骤(I)中黄药为乙基、丁基、己基等各个不同链长的黄药。本发明所述步骤中水为二次蒸馏水。本发明所述步骤⑵中真空干燥的温度为25 40°C。本发明所述步骤(3)中的烘焙温度为50 250°C。本发明所述步骤(3)中的烘焙时间为2 4小时。结果讨论对所制备的样品进行XRD粉末衍射表征。附图I为按摩尔比PbO :黄药=3 I时所得的PbO/PbS核壳结构前驱体分别在200°C、100°C和300°C下煅烧3小时后的XRD粉末衍射图，根据附图I所示，当烘焙温度为100°C和200°C时，所得的产品既有PbO的特征衍射峰(与JCPDS标准卡片05-0561基本吻合)又有PbS (与JCPDS标准卡片01-0880基本吻合)的特征衍射峰且无其他杂峰，证明所得的物质是PbO/PbS核壳结构，而且纯度较高。随着温度不断升高PbO/PbS核壳结构中PbO的峰逐渐消失，并于300°C时几乎完全消失，并且有新的衍射峰生成，经验证新生成的衍射峰是PbSO4的特征衍射峰。附图2为按摩尔比PbO 黄药=5 I时所得的PbO/PbS核壳结构前驱体分别在不同温度下烘焙3小时所得样品的XRD粉末衍射图，根据附图2所示，在50 200°C烘焙下所得的产品既有PbO的特征衍射峰(与JCPDS标准卡片05-0561基本吻合)又有PbS (与JCPDS标准卡片01-0880基本吻合)的特征衍射峰且无其他杂峰，证明所得的物质是晶型较好、纯度较高的PbO/PbS核壳结构。随温度升高，当煅烧温度达到250°C时，开始出现细微的杂峰。附图3为按摩尔比PbO 黄药=10 I时所得的PbO/PbS核壳结构前驱体分别在100°C、200°C和250°C条件下烘焙3小时所得样品的XRD粉末衍射图，根据附图3所示，100°C烘焙条件下所得的样品中PbS的特征衍射峰较小，随着煅烧温度的升高，PbS的特征衍射峰逐渐长大，但250°C时开始出现其他杂质的衍射峰，说明有新的物质生成。在附图3所示100°C和200°C下所得的产品的XRD粉末衍射图中既有PbO的特征衍射峰(与JCPDS标准卡片05-0561基本吻合)又有PbS (与JCPDS标准卡片01-0880基本吻合)的特征衍射峰且无其他杂峰，证明所得的物质是晶型较好、纯度较高的PbO/PbS核壳结构。附图4为所得PbS、Pb0和PbO/PbS产品的接触角照片，根据附图4所示，PbS的接触角分别为左45. 8°，右45. 6° ;Pb0的接触角分别为左26. 4°，右21. 8° ;而PbO/PbS的接触角分别为左44. 7°，右43. 4°。因此PbO/PbS的接触角与PbS的接触角更接近，说明在PbO表面生成了 PbS，形成了 PbO/PbS核壳结构。结合附图1、2和附图3所示，通过调控PbO与黄药的比例和煅烧温度可以实现调控PbS层的厚度，从而实现调控PbO/PbS核壳结构禁带宽度的目的。黄药的比例越大，煅烧温度越高(不要超过250°C，过高会有其他杂质生成)，所得的PbO/PbS核壳结构中PbS层的厚度就越大。本发明的有益效果是将一定比列的PbO与黄药混合后溶于溶剂中，在一定反应条件下制成PbO/PbS核壳结构前驱体，将前驱体煅烧生成PbO/PbS核壳结构，用本发明合成方法制得的PbO/PbS核壳结构纯度高,表面硫化层成分单一,无体相硫化铅生成且硫化铅层厚度可控，反应条件温和，无需特征设备，便于大规模生产。
图I为按摩尔比PbO :黄药=3 I时所得的PbO/PbS核壳结构前驱体分别在不同温度下煅烧3小时所得样品的XRD粉末衍射图，图中a、b和c分别为煅烧温度为200°C、100°C和300°C条件下所得样品的XRD粉末衍射图；图2中d、e、f、g和h为按摩尔比PbO 黄药=5 I时所得的PbO/PbS核壳结构前驱体分别在50、100、150、200和250°C条件下煅烧3小时所得样品的XRD粉末衍射图。图3中i、j和k为按摩尔比PbO 黄药=10 I时所得的PbO/PbS核壳结构前驱体分别在100、200和250°C条件下煅烧3小时所得样品的XRD粉末衍射图。图4中照片1、2、3分别对应于PbS、PbO和PbO/PbS的接触角照片。
具体实施例方式实施例I(I)按摩尔比PbO 黄药=3 I比例称取2. 23g PbO和0. 627g 丁基黄药，混合后放入反应容器，向容器内加入一定量二次蒸馏水，常温下搅拌反应2小时。(2)将反应得到的物质抽滤，用二次蒸馏水洗涤3次，25°C下真空干燥后得到PbO/PbS核壳结构的前躯体。(3)将步骤⑵所得前躯体在100°C下煅烧3小时，即得PbO/PbS核壳结构。所得样品的XRD粉末衍射表征，见附图I实施例2与实施例I的不同之处在于，将步骤(3)中所得PbO/PbS核壳结构的前躯体的煅烧温度变为200°C，即得PbO/PbS核壳结构，其余条件完全相同。所得样品的XRD粉末衍射表征，见附图I。实施例3(I)按摩尔比PbO 黄药=5 I比例称取2. 23g PbO和0. 376g 丁基黄药，混合后放入反应容器，向容器内加入一定量二次蒸馏水，常温下搅拌反应3小时。(2)将反应得到的物质抽滤，用二次蒸馏水洗涤3次，35°C下真空干燥后得到PbO/PbS核壳结构的前躯体。(3)将步骤⑵所得前躯体在50°C下烘焙3小时，即得PbO/PbS核壳结构。所得样品的XRD粉末衍射表征，见附图2。实施例4与实施例3的不同之处在于，将步骤(3)中所得PbO/PbS核壳结构的前躯体的煅烧温度变为150°C，即得PbO/PbS核壳结构，其余条件完全相同。所得样品的XRD粉末衍射表征，见附图2。实施例5与实施例3的不同之处在于，将步骤(3)中所得PbO/PbS核壳结构的前躯体的煅烧温度变为250°C，即得PbO/PbS核壳结构，其余条件完全相同。所得样品的XRD粉末衍射表征，见附图2。实施例6(I)按摩尔比PbO 黄药=10 I比例称取2. 23g PbO和0. 188g 丁基黄药，混合后放入反应容器，向容器内加入一定量二次蒸馏水，常温下搅拌反应2小时。(2)将反应得到的物质抽滤，用二次蒸馏水洗涤3次，40°C下真空干燥后得到PbO/PbS核壳结构的前躯体。、
(3)将步骤⑵所得前躯体在100°C下烘焙3小时，即得PbO/PbS核壳结构。 所得样品的XRD粉末衍射表征，见附图3。实施例7与实施例6的不同之处在于，将步骤(3)中所得PbO/PbS核壳结构的前躯体的煅烧温度变为200°C，即得PbO/PbS核壳结构，其余条件完全相同。所得样品的XRD粉末衍射表征，见附图3。实施例8(I)按摩尔比PbO 黄药=5 I比例称取2. 23g PbO和0. 32g乙基黄药，混合后放入反应容器，向容器内加入一定量二次蒸馏水，常温下搅拌反应2小时。
(2)将反应得到的物质抽滤，用二次蒸馏水洗涤3次，40°C下真空干燥后得到PbO/PbS核壳结构的前躯体。(3)将步骤⑵所得前躯体在150°C下烘焙2小时，即得PbO/PbS核壳结构。实施例9(I)按摩尔比PbO 黄药=10 I比例称取2. 23g PbO和0. 216g己基黄药，混合后放入反应容器，向容器内加入一定量二次蒸馏水，常温下搅拌反应2小时。(2)将反应得到的物质抽滤，用二次蒸馏水洗涤3次，40°C下真空干燥后得到PbO/PbS核壳结构的前躯体。(3)将步骤⑵所得前躯体在150°C下烘焙3小时，即得PbO/PbS核壳结构。
权利要求
1.PbO/PbS核壳结构的合成方法,包括下述的步骤 (1)按按摩尔比(2 10)PbO I黄药比例称取PbO和黄药，混合后放入反应容器，向容器内加入一定量蒸馏水，常温下搅拌反应2 4小时； (2)将反应得到的物质抽滤，用水洗涤3次，真空干燥后得到PbO/PbS的前躯体； (3)将步骤⑵所得前躯体在50 250°C下煅烧2 5小时，即得PbO/PbS核壳结构。
2.根据权利要求I所述的PbO/PbS核壳结构的合成方法，其特征在于，所述的PbO与黄药间的比例为2 I到10 I之间。
3.根据权利要求I所述的PbO/PbS核壳结构的合成方法，其特征在于，所述的PbO为a -PbO 或 ^ -PbO。
4.根据权利要求I所述的PbO/PbS核壳结构的合成方法，其特征在于所述的黄药为乙基、丁基、己基等各个不同链长的黄药。
5.根据权利要求I所述的PbO/PbS核壳结构的合成方法，其特征在于所述的水为二次蒸馏水。
6.根据权利要求I所述的PbO/PbS核壳结构的合成方法，其特征在于所述的步骤(2)中的真空干燥的温度为25 40°C。
7.根据权利要求I所述的PbO/PbS核壳结构的合成方法，其特征在于所述的步骤(3)中的烘焙温度为50 250°C。
8.根据权利要求I所述的PbO/PbS核壳结构的合成方法，其特征在于所述的步骤(3)中的烘焙时间为2 4小时。
全文摘要
本发明属于天然矿物的人工合成技术领域，尤其涉及PbO/PbS核壳结构的人工合成方法。本发明的技术方案为PbO/PbS核壳结构的合成方法，包括以下步骤按摩尔比(2～10)PbO(1)黄药比例称取PbO和黄药，混合后放入反应容器，向容器内加入一定量蒸馏水，常温下搅拌反应2～4小时。取所得前躯体50～250℃条件下烘焙2～5小时。用本发明合成方法制得的PbO/PbS核壳结构纯度高，表面硫化层成分单一，无体相硫化铅生成且硫化铅层厚度可控，反应条件温和，无需特征设备，便于大规模生产。
文档编号C01G21/06GK102718251SQ20121021100
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者卢靖洋, 孙中溪, 范迎菊, 葛东来, 董传山, 齐长林 申请人:济南大学