硫化镉纳米粉末及其制备方法与流程

本发明涉及半导体材料领域，具体地，涉及一种硫化镉纳米粉末及其制备方法。

背景技术：

半导体粒子由于存在着显著的量子尺寸效应，因此它们的光物理性质和化学性质迅速成为目前最活跃的研究领域之一，其中纳米半导体粒子所具有的超快速的光学非线性响应及(室温)光致发光等特性倍受世人关注。通常当半导体粒子尺寸效应与其激子玻尔半径相近时，随着粒子尺寸的减小，半导体粒子的有效带隙增加，其相应的吸收光谱和荧光光谱发生蓝移，从而在能带中形成一系列分立的能级。同时纳米半导体粒子还具有光电转换特性和电学特性。

二十一世纪特别引人注目的将是纳米半导体展现出的广阔的应用前景。虽然由于成本太高，目前已经商业化的光伏电池难以大规模推广应用，但是自从gratzel首次报道经染料敏化的纳米晶光伏电池优异的光电转换特性以来，各国科学家都被此吸引，围绕纳米晶光伏电池的研究越来越热。这是由于纳米晶光伏电池的制备较为简单，且具有较高的光电转换效率。纳米半导体粒子的高比表面高活性、特殊的特性使之成为应用于传感器方面最有前途的材料。它对温度、光、湿度等环境因素是相当敏感的。外界环境的改变会迅速引起表面或界面离子价态电子输运的变化，利用其电阻的显著变化可做成传感器，其特点是响应速度快、灵敏度高、选择性优良。cds是ⅱ-ⅵ族化合物半导体研究得较多的材料，广泛应用于太阳能电池、光电子和光致发光装置。

近年来，cds半导体纳米粒子由于本身具有优良的性能而成为研究的热点。它的制备及性能研究引起了国内外学者的广泛兴趣，目前制备cds主要有以下方法：1.元素直接反应法：利用元素直接反应制备二元金属化合物，通常采用高温气相/固相反应方式，如采用化学气相沉积法(cvd)法，但是该方法得到的产物粒径较大，同时制备过程中产生的硫蒸气使产物难以保持其化学计量比。2.微乳液法：采用该方法能对粉末结构形貌实现有效控制，但是由于形成w/o微乳液要使用大量的表面活性剂，成本太高，微乳液中加溶水量太少，故产量很低，从而限制了其工业应用。3.水热法：水热体系是一种非受限体系，研究者利用水热技术在相当低的温度、密闭高压环境中制备出球状立方β-cds纳米微粒。4.热解反应：利用含有m-s键的前驱体化合物在较高温度的分解，合成金属硫化物反应。上述的这些制备方法往往存在步骤复杂、造价过高、或者对环境可能造成的各种污染等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种硫化镉纳米粉末及其制备方法，解决了现有的硫化镉纳米粉的制备方法存在步骤复杂、造价过高、或者对环境可能造成的各种污染的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种硫化镉纳米粉末的制备方法，所述制备方法包括：

(1)将镉盐、二乙基二硫代氨基甲酸钠和水混合，陈化后得到前驱体；

(2)将前驱体进行灼烧得到硫化镉纳米粉末。

本发明还提供了一种硫化镉纳米粉末，所述硫化镉纳米粉末由上述的制备方法制得。

根据上述技术方案，本发明提供了一种硫化镉纳米粉末及其制备方法，所述制备方法包括：将镉盐、二乙基二硫代氨基甲酸钠和水混合，陈化后得到前驱体；将前驱体进行灼烧得到硫化镉纳米粉末。该方法利用单分子前驱体固相合成，相比较其他一些液相合成方法，其使用原材料更为便宜，且无毒无污染，生产工艺简单，本方法温度控制在300℃以下，不但降低了能耗，而且所得产物具有纯相的纤锌矿型结构(六方相)、粒径较均一。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是实施例1所得产物的粉末x射线衍射图；

图2是实施例1所得产物的荧光光谱图；

图3是实施例2所得产物的粉末x射线衍射图；

图4是实施例2所得产物的透射电镜图；

图5是实施例2所得产物的荧光光谱图；

图6是实施例3所得产物的粉末x射线衍射图；

图7是实施例3所得产物的透射电镜图；

图8是实施例3所得产物的荧光光谱图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明提供了一种硫化镉纳米粉末的制备方法，所述制备方法包括：

(1)将镉盐、二乙基二硫代氨基甲酸钠和水混合，陈化后得到前驱体；

(2)将前驱体进行灼烧得到硫化镉纳米粉末。

在本发明的一种优选的实施方式中，为了更好的制得具有纯相的纤锌矿型结构的硫化镉纳米粉末，相对于0.01/3mol的镉盐，所述二乙基二硫代氨基甲酸钠的用量为0.01-0.03mol，所述水的用量为180-220ml。

在本发明的一种优选的实施方式中，为了更好的制得具有纯相的纤锌矿型结构的硫化镉纳米粉末，所述镉盐选自硫酸镉、硝酸镉和氯化镉中的一种或多种。

在本发明的一种优选的实施方式中，为了更好的制得具有纯相的纤锌矿型结构的硫化镉纳米粉末，在步骤(2)中，灼烧的条件至少包括：灼烧的温度为250-280℃，灼烧的时间为5-12h。

在本发明的一种优选的实施方式中，为了更好的制得具有纯相的纤锌矿型结构的硫化镉纳米粉末，在步骤(1)中，陈化的时间为10-14h。

在本发明的一种优选的实施方式中，为了更好的制得具有纯相的纤锌矿型结构的硫化镉纳米粉末，在步骤(2)中，所述制备方法还包括：将陈化后的前驱体进行抽滤，将滤渣用去离子水洗涤2-3次后，置于75-85℃环境中干燥1.5-2.5h。

本发明还提供了一种硫化镉纳米粉末，所述硫化镉纳米粉末由上述的制备方法制得。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

将0.01/3mol硫酸镉(3cdso4·8h2o)、0.02mol二乙基二硫代氨基甲酸钠和180ml水混合，陈化(陈化的时间为10h)后得到前驱体；将前驱体进行抽滤，将滤渣用去离子水洗涤2次后，置于75℃环境中干燥1.5h，之后将处理后的将前驱体进行灼烧(灼烧的温度为250℃，灼烧的时间为5h)得到硫化镉纳米粉末。

实施例2

将0.01/3mol硫酸镉(3cdso4·8h2o)、二乙基二硫代氨基甲酸钠和水混合，陈化(陈化的时间为14h)后得到前驱体；将前驱体进行抽滤，将滤渣用去离子水洗涤3次后，置于85℃环境中干燥2.5h，之后将处理后的将前驱体进行灼烧(灼烧的温度为280℃，灼烧的时间为12h)得到硫化镉纳米粉末。

实施例3

将0.01/3mol硫酸镉(3cdso4·8h2o)、二乙基二硫代氨基甲酸钠和水混合，陈化(陈化的时间为12h)后得到前驱体；将前驱体进行抽滤，将滤渣用去离子水洗涤3次后，置于80℃环境中干燥2h，之后将处理后的将前驱体进行灼烧(灼烧的温度为265℃，灼烧的时间为8h)得到硫化镉纳米粉末。

采用日本rigakud/max-3cx射线粉末衍射仪(cukα辐射，)测定硫化镉纳米粉末的结构；采用荷兰philips公司tecnai12型透射电子显微镜(tem，120kv)对硫化镉纳米粉末的形貌与尺寸进行观察测试；采用日本hitachif-4500荧光光谱仪对硫化镉纳米粉末的发光性质进行测试，测试结果见图1-图8。

图1：本发明实施例1所得产物的粉末x射线衍射图。其所有x-射线衍射峰从左到右分别对应于六方相cds的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)晶面，无前驱体的x衍射峰出现，说明实施例1所得的产品为纯六方相的cds。

图2：本发明实施例1所得产物的荧光光谱图。采用的激发波长为350nm,发射峰在396nm处。

图3：本发明实施例2所得产物的粉末x射线衍射图。其所有x-射线衍射峰从左到右分别对应于六方相cds的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)晶面，无前驱体的x衍射峰出现，说明实施例1所得的产品为纯六方相的cds。

图4：本发明实施例2所得产物的透射电镜图。从该图可知产物cds粉末为不规则的颗粒，粒径为20-40nm.

图5：本发明实施例2所得产物的荧光光谱图。采用的激发波长为350nm,发射峰在382nm处。

图6：本发明实施例3所得产物的粉末x射线衍射图。其所有x-射线衍射峰从左到右分别对应于六方相cds的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)晶面，无前驱体的x衍射峰出现，说明实施例1所得的产品为纯六方相的cds。

图7：本发明实施例3所得产物的透射电镜图。从该图可知产物cds粉末为不规则的颗粒，比较容易团聚，粒径为20-40nm。

图8：本发明实施例3所得产物的荧光光谱图。采用的激发波长为350nm，发射峰在400nm处。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。