CN102060331A - 一种溶剂热法生长MnS纳米结构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种溶剂热法生长MnS纳米结构的方法，其通过以下工艺过程实现：本发明所用的所有试剂均为分析纯级，且未经进一步提纯而直接使用。用乙二胺、乙二醇1∶1的混合溶液作溶剂，其量为40ml。以四水氯化锰MnCl2·4H2O作为锰源，以硫脲(NH2)2CS作为硫源，按摩尔比1∶1依次加入混合溶剂中。然后将反应釜置于烘箱中，反应时间为6h-24h，反应温度为140℃-180℃；反应结束后在60℃的真空干燥箱中干燥6h以收集产物。其中在180℃温度下反应6h得到了MnS层片状结构。在其它温度和时间条件下得到了岩盐结构的MnS。
Description
技术领域
本发明属于纳米结构生长领域，是一种溶剂热法生长MnS纳米结构的方法。
背景技术
硫化锰是一种宽带隙的VHB-VIA磁性半导体，有三种相态，即八面体配位、绿色和稳定的岩盐结构α-MnS；四面体配位、粉色、介稳的闪锌矿结构β-MnS和纤锌矿结构γ-MnS。其能隙款Eg(在0℃)为3.7eV，而其平衡还原电对电位为-1.19V，还原能力强，这些性质使MnS在短波光电仪器、太阳能电池材料和催化材料等方面具有潜在的应用价值。
纳米材料由于其量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应等基本特性呈现很多新奇的物理、化学性质，并在微电子、光电子领域，化工领域，纳米陶瓷领域，生物医学领域及其他很多领域有着极其广泛且重要的应用。硫化锰纳米结构中，又以岩盐结构α-MnS最为稳定，占着很重要的地位。
目前生长纳米结构的方法有很多，如溶胶-凝胶法、电化学沉积法、蒸发溶剂热解法、水热法、微乳液法等。
溶胶-凝胶法：J.Hua等人以正硅酸乙酯和硝酸盐为原料利用溶胶一凝胶法制备Ni0.25Co0.25Zn0.5Fe2O4/SiO2纳米复合材料，参阅Ordnance Material Science andEngineering 2009年32卷第1期第64页。
电化学沉积法：J.J.Xu等人2008年用电化学法制备了CdO纳米材料，参阅The Journal of Chemical Physics第112期第7151页。
热蒸发法：中科院物理所H.J.Gao小组在2005年使用直径为0.3mm的钨丝为蒸发源采用热蒸发法在Si(111)衬底上生成具有强光致发光性质的氧化钨纳米线，参阅Applied Physics Letters第86期第141901页。
溶剂热法(高温高压)：W.Wan等人以月桂酸硫脲咪唑啉季铵盐(SUDEI)为表面活性剂，采用溶剂热法在N-N二甲基甲酰胺(DMF)/乙醇中制备出了单分散的直径约300nm左右的纳米MnS空心球，参阅Rare Metal Materials and Engineering2007年36卷z2期第110页。
X.H.Zhang利用两步溶剂热法合成了岩盐结构MnS纳米材料，参阅学位论文，张新华，2007-合肥工业大学，材料学。第一步，把S粉，EDA和水合肼混合液在100℃温度下密封加热30分钟。第二步，是在第一步加热速冷后的溶液中添加MnCl2·4H2O，然后再在140℃温度加热8小时。而本实验中，利用水热法仅一步即合成了岩盐结构MnS纳米材料，操作简单易控。
本工作采用溶剂热法，该过程相对简单而且易于控制，并且在密闭体系中可以有效的防止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体。另外，物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制，而且，产物的分散性较好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种溶剂热法生长MnS纳米结构的方法。
本发明是通过以下工艺过程实现的：
本发明所用的所有试剂均为分析纯级，且未经进一步提纯而直接使用。用乙二胺、乙二醇1∶1的混合溶液作溶剂，其量为40ml。以四水氯化锰MnCl2·4H2O作为锰源，以硫脲(NH2)2CS作为硫源，按摩尔比1∶1依次加入混合溶剂中。然后将反应釜置于烘箱中，反应时间为6h-24h，反应温度为140℃-180℃；反应结束后在60℃的真空干燥箱中干燥6h以收集产物。其中在180℃温度下反应6h得到了MnS层片状结构。在其它温度和时间条件下得到了岩盐结构的MnS。
所述MnS纳米结构：片状薄层上生长棒状结构，形成层片状结构。
本发明制备出的层片状结构MnS为岩盐结构MnS，如图1所示；扫描电镜图如图2，图3所示；本发明方法简单，易于推广，适合于大规模的工业生产。
附图说明
图1实施例1产品的XRD图谱。
图2实施例1产品的扫描电镜图片。
图3实施例1产品的扫描电镜图片。
具体实施方式
实施例1
将乙二胺、乙二醇溶液以1∶1混合的40ml加入反应釜中；然后将四水氯化锰和硫脲以1(0.98955g)∶1(0.3806g)的摩尔比依次加入反应釜中，并用磁子搅拌。搅拌充分后，将反应釜放入180℃的烘箱中反应6h。产物洗涤后在60℃的真空干燥箱中干燥6h以收集产物。XRD分析结果表明所得产物为岩盐矿结构的MnS，如图1所示。所述MnS纳米结构为片层状，其扫描电镜图片如图2，图3。
实施例2
将乙二胺、乙二醇溶液以1∶1混合的40ml加入反应釜中；然后将四水氯化锰和硫脲以1(0.98955g)∶1(0.3806g)的摩尔比依次加入反应釜中，并用磁子搅拌。搅拌充分后，将反应釜放入160℃的烘箱中反应6h。产物洗涤后在60℃的真空干燥箱中干燥6h以收集产物。XRD分析结果表明所得产物为岩盐矿结构的MnS。
实施例3
将乙二胺、乙二醇溶液以1∶1混合的40ml加入反应釜中；然后将四水氯化锰和硫脲以1(0.98955g)∶1(0.3806g)的摩尔比依次加入反应釜中，并用磁子搅拌。搅拌充分后，将反应釜放入140℃的烘箱中反应6h。产物洗涤后在60℃的真空干燥箱中干燥6h以收集产物。XRD分析结果表明所得产物为岩盐矿结构的MnS。
实施例4
将乙二胺、乙二醇溶液以1∶1混合的40ml加入反应釜中；然后将四水氯化锰和硫脲以1(0.98955g)∶1(0.3806g)的摩尔比依次加入反应釜中，并用磁子搅拌。搅拌充分后，将反应釜放入180℃的烘箱中反应6h。产物洗涤后在60℃的真空干燥箱中干燥12h以收集产物。XRD分析结果表明所得产物为岩盐矿结构的MnS。
实施例5
将乙二胺、乙二醇溶液以1∶1混合的40ml加入反应釜中；然后将四水氯化锰和硫脲以1(0.98955g)∶1(0.3806g)的摩尔比依次加入反应釜中，并用磁子搅拌。搅拌充分后，将反应釜放入180℃的烘箱中反应6h。产物洗涤后在60℃的真空干燥箱中干燥24h以收集产物。XRD分析结果表明所得产物为岩盐矿结构的MnS。
Claims (7)
1.一种溶剂热法生长MnS纳米结构的方法，其特征在于通过以下工艺过程实现：用乙二胺、乙二醇按1∶1的比例混合的溶液作溶剂，其量为40ml。以四水氯化锰MnCl2·4H2O作为锰源，以硫脲(NH2)2CS作为硫源，按摩尔比1∶1依次加入乙二胺、乙二醇混合溶液中。然后将反应釜置于烘箱中，反应时间为6h-24h，反应温度为140℃-180℃；反应结束后在60℃的真空干燥箱中干燥6h以收集产物。其中在180℃温度下反应6h得到了MnS层片状结构。在其它温度和时间条件下得到了岩盐结构的MnS。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所用生长装置是反应釜。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所用的温度是140℃-180℃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，反应的时间是6h-24h。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所用的反应源为氯化锰MnCl2和硫脲(NH2)2CS。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所用的反应溶剂为乙二胺、乙二醇1∶1比例的混合溶液。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，产物干燥用的是真空干燥箱。
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