CN103373742B - 水热合成SnS2纳米材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水热合成SnS2纳米材料的方法；以SnCl2·2H2O为Sn源，在表面活性剂辅助作用下与硫源发生水热合成反应，通过调控所述表面活性剂的种类和用量、所述水热合成反应的时间和温度，得到不同形貌和尺寸的SnS2纳米材料。与现有技术相比，本发明采用水热法合成SnS2纳米材料，其工艺简单，通过调控表面活性剂的种类和用量、反应时间、温度等条件，可以得到不同形貌和尺寸的SnS2纳米材料，且成本低廉，适合商业化生产。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种水热合成SnS2纳米材料的方法。
背景技术
金属硫化物作为一类典型的半导体材料，尤其是后过渡金属硫化物，由于其独特的结构，在非线性光学、电子学、发光、催化、能量储存和转换等方面得到了广泛的应用。尤其是SnS2作为一种重要的n型半导体，具有层状六角形的CdI2晶体结构，它是由两层紧密排列的S与Sn离子夹心构成的三明治结构，层与层之间以弱的范德华力相结合和石墨片的结构类似，但是其比石墨片有更高的容量，达645.4mAh g-1，因此被认为是取代碳基负电极的极有前提的材料。另外，SnS2廉价且无毒，这使得其在太阳电池、锂离子电池和光电器件方面有极大的应用潜力，得到了越来越多的关注，从而成为锡的硫化物中研究较多的一种。
目前，已有各种各样的方法用来合成不同形态的纳米/微米结构的SnS2，并取得了显著的进展。经对现有文献检索发现，现有的一些方法不仅成本昂贵，操作不方便，而且，所用溶剂大多为有机溶剂。yang等人2012年在Materials Letters上发表了“Synthesis and characterization of tin disulfide hexagonal nanoflakes via solvothermal decomposition，2012，67，32-34，”该论文以SnCl4·5H2O为锡源，以油胺为反应溶剂，采用溶剂热反应成功的合成了六角形的SnS2纳米材料，但是该方法采用有机溶剂做反应溶剂，需要加热的320℃的高温，并且需要真空条件，对设备要求较高，且实验步骤较多，操作不方便。所以，用简单廉价的方法在水溶液中制备具有可控形貌和较小尺寸的SnS2纳米材料仍是一个极大的挑战。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种水热合成SnS2纳米材料的方法。本发明以SnCl2·2H2O作为Sn源，采用不同的硫源，通过调控表面活性剂的种类和用量、反应时间、温度等条件，可得到不同形貌和尺寸的SnS2纳米材料，且方法简单、成本低廉。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种水热合成SnS2纳米材料的方法，以SnCl2·2H2O为Sn源，在表面活性剂辅助作用下与硫源发生水热合成反应，通过调控所述表面活性剂的种类和用量、所述水热合成反应的时间和温度，得到不同形貌和尺寸的SnS2纳米材料。
优选的，具体包括如下步骤：
步骤A、将所述SnCl2·2H2O溶于稀盐酸中，加入所述表面活性剂，超声搅拌使混合均匀；加入所述硫源，继续超声搅拌，得前驱体溶液；
步骤B、将所述前驱体溶液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中进行水热合成反应，控制所述水热合成反应的温度和时间达预设值；
步骤C、反应结束后，自然冷却至室温，离心、洗涤、烘干，得到所述SnS2纳米材料。
优选的，所述表面活性剂为Triton X-100或十二烷基硫酸钠。
优选的，所述表面活性剂与SnCl2·2H2O的摩尔比为0.1∶1～1∶1。
优选的，所述硫源为TAA或硫化钠，其与SnCl2·2H2O的摩尔比为1∶1。
优选的，所述水热合成反应的温度为140～200℃。
优选的，所述水热合成反应的时间为5～12h。
优选的，所述离心速度为3000～20000rpm。
优选的，所述SnS2纳米材料的粒径为50～150nm。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：本发明采用水热合成SnS2的方法，成本低廉，通过控制表面活性剂的种类和用量、反应温度以及反应时间可得到的尺寸可控的SnS2纳米材料，操作简单，适合商业化生产；具体而言，水热反应是制备纳米材料的一种简单高效方法，然而目前利用水热法合成的SnS2纳米材料的形貌和尺寸不能得到有效的调控，而且分散性不是很好，SnS2会发生团聚；本发明采用Triton X-100等表面活性剂以及合理的各组成配比大大的改善了水热制备SnS2纳米材料的形貌，并得到了形貌和尺寸可控的SnS2纳米材料。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为SnS2纳米材料的制备工艺流程图；
图2为实施例1所制备的SnS2纳米材料分散于乙醇中的紫外吸收光谱图；
图3为实施例1所制备的SnS2纳米材料的投射电镜图；
图4为实施例1所制备的SnS2纳米材料的扫描电镜图；
图5为对比例1制备的SnS2纳米材料的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例的SnS2纳米材料的合成工艺流程如图1所示，具体步骤如下：
室温下，将0.225g SnCl2·2H2O溶于稀盐酸中(2mL浓盐酸，25mL去离子水)，继续加入0.2mL Triton X-100(Triton X-100与SnCl2·2H2O的摩尔比为0.33∶1)，超声搅拌使其混合均匀；然后加入0.075g的TAA，继续超声搅拌30min。将所得的前驱物转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中。180℃反应10h。反应结束后，自然冷却至室温，然后在8000rpm转速下离心，并用去离水和无水乙醇洗涤数次，烘干得到SnS2。SnS2纳米材料分散于乙醇中的紫外吸收光谱图如图2所示。所制备的SnS2纳米材料的投射电镜图如图3所示，扫描电镜图如图4所示。由图2、3、4可知，所制得的SnS2纳米材料是黄色六角片状结构，其形貌均一，六角片状结构的边长约为100nm。
对比例1
本对比例的SnS2纳米材料的合成工艺步骤如下：
将0.225g SnCl2·2H2O溶于稀盐酸中(2mL浓盐酸，25mL去离子水)，超声搅拌使其混合均匀；然后加入0.075g的TAA，继续超声搅拌30min。将所得的前驱物转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中。180℃反应10h。反应结束后，自然冷却至室温，然后在8000rpm转速下离心，并用去离水和无水乙醇洗涤数次，烘干得到SnS2。所制备的SnS2纳米材料的扫描电镜图如图5所示。由图5可知，没有加入表面活性剂时，所制得的SnS2纳米材料形貌非常杂乱，有纳米颗粒状结构存在，还有尺寸大小不同的片状结构存在。由图4、5比较可知，加入表面活性剂，可以很好的改善并控制SnS2纳米材料的形貌、结构和尺寸。
实施例2
本实施例的SnS2纳米材料的合成工艺流程如图1所示，具体步骤如下：
将0.225g SnCl2·2H2O溶于稀盐酸中(2mL浓盐酸，25mL去离子水)，继续加入 0.61mL Triton X-100(Triton X-100与SnCl2·2H2O的摩尔比为1∶1)，超声搅拌使其混合均匀；然后加入0.078g的硫化钠，继续超声搅拌30min。将所得的前驱物转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中。140℃反应12h。反应结束后，自然冷却至室温，然后在20000rpm转速下离心，并用去离水和无水乙醇洗涤数次，烘干得到SnS2纳米材料。
实施例3
本实施例的SnS2纳米材料的合成工艺流程如图1所示，具体步骤如下：
将0.225g SnCl2·2H2O溶于稀盐酸中(2mL浓盐酸，25mL去离子水)，继续加入0.06mL Triton X-100(Triton X-100与SnCl2·2H2O的摩尔比为0.1∶1)，超声搅拌使其混合均匀；然后加入0.075g的TAA，继续超声搅拌30min。将所得的前驱物转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中。200℃反应10h。反应结束后，自然冷却至室温，然后在10000rpm转速下离心，并用去离水和无水乙醇洗涤数次，烘干得到SnS2纳米材料。
实施例4
本实施例的SnS2纳米材料的合成工艺流程如图1所示，具体步骤如下：
将0.225g SnCl2·2H2O溶于稀盐酸中(2mL浓盐酸，25mL去离子水)，继续加入0.288g十二烷基硫酸钠(十二烷基硫酸钠与SnCl2·2H2O的摩尔比为1∶1)，超声搅拌使其混合均匀；然后加入0.075g的TAA，继续超声搅拌30min。将所得的前驱物转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中。200℃反应5h。反应结束后，自然冷却至室温，然后在3000rpm转速下离心，并用去离水和无水乙醇洗涤数次，烘干得到SnS2纳米材料。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (3)
1.一种水热合成SnS2纳米材料的方法，其特征在于，以SnCl2·2H2O为Sn源，在表面活性剂辅助作用下与硫源发生水热合成反应，通过调控所述表面活性剂的种类和用量、所述水热合成反应的时间和温度，得到不同形貌和尺寸的SnS2纳米材料；
所述表面活性剂为Triton X-100或十二烷基硫酸钠，所述表面活性剂与SnCl2·2H2O的摩尔比为0.1:1～1:1；所述的硫源为TAA或硫化钠，所述硫源与SnCl2·2H2O的摩尔比为1:1；所述水热合成反应的温度为140～200℃；所述水热合成反应的时间为5～12h。
2.根据权利要求1所述的水热合成SnS2纳米材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A、将所述SnCl2·2H2O溶于稀盐酸中，加入所述表面活性剂，超声搅拌使混合均匀；加入所述硫源，继续超声搅拌，得前驱体溶液；
步骤B、将所述前驱体溶液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中进行水热合成反应，控制所述水热合成反应的温度和时间达预设值；
步骤C、反应结束后，自然冷却至室温，离心、洗涤、烘干，得到所述SnS2纳米材料。
3.根据权利要求2所述的水热合成SnS2纳米材料的方法，其特征在于，所述离心速度为3000～20000rpm。
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