CN103570057A - 一种硫化镉纳米材料的合成方法 - Google Patents

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本发明的一种硫化镉纳米材料的合成方法属于无机合成化学的技术领域。其步骤包括：将一定量的去离子水加热后加入1～1.5倍体积的浓盐酸，再加入一定量的硫化镉粉末，反应10秒钟再用去离子水稀释，密闭放置12小时后将所得沉淀物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤、干燥，得到CdS纳米材料。本发明不使用有机溶剂也不添加表面活性剂的条件下，通过调节CdS的加入量，HCl的加入量和反应温度制备出具有不同形貌和不同光电性质的CdS，操作简单，合成条件温和，生产成本低，制备的CdS具有较高的光催化分解水的活性。

Description

一种硫化镉纳米材料的合成方法
技术领域
本发明属于无机合成化学的技术领域，具体涉及一种硫化镉纳米材料的合成方法。
背景技术
CdS是重要的II-VI族、直接带隙的半导体，禁带宽度为2.4eV，在太阳能转化，非线性光学，光催化，和传感器等方面有着广泛的应用。因此纳米CdS的合成成为研究热点之一。不同方法合成的不同形貌，尺寸的CdS,其物理化学性质也不同。最近几年许多研究组已经报道了不同形貌CdS的合成方法。钱毅泰研究小组利用硝酸镉和硫脲为原料，以乙二胺为溶剂的条件下合成CdS纳米棒(参见Inorg.Chem.1999.38.1382；Chem.Mater.2000.12.3259)。Jun等利用分子前驱体Cd(S2CNEt2)2在十六胺中热分解成多臂的CdS（参见J.Am.Chem.Soc.2001.123.5150）。然而进一步发展简单、经济实惠、实际操作性强的合成方法制备CdS一直是必要的。本发明在不采用有机溶剂和不添加表面活性剂的条件下，合成CdS纳米材料。并测试了其产氢活性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种工艺简单、成本低廉、合成条件容易控制的CdS纳米材料的合成方法。
本发明的技术问题可以通过以下技术方案实现：
一种硫化镉纳米材料的合成方法，首先在容器中放入去离子水，加热到60～80℃，加入体积为去离子水1～1.5倍的浓盐酸，然后按每mL去离子水使用0.02～0.04g的量加入CdS粉末，密封容器反应10秒钟；用去离子水将上述溶液稀释至15～30倍，再将容器密封放置10～15小时；将所得沉淀物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤，干燥得到CdS纳米材料。
本发明中所用的容器最好是柱状容器，用柱状容器制备的硫化镉纳米材料颗粒均匀。
CdS粉末可以使用现有的产品，也可以按下面的用料比例和过程制得：将1.819g Cd(NO3)2·4H2O溶于50mL蒸馏水中，然后将10mL浓度为0.7mmol/mL的Na2S·9H2O加入上述溶液中，得到沉淀产物，将沉淀产物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤，然后在60℃干燥，得到CdS粉末。
本发明用于光催化分解水。可以将合成的纳米材料溶解在含有牺牲剂的溶液中，在氙灯的照射下进行产氢的测试。本发明的CdS纳米材料具有较高的光催化产氢的效率。
本发明的技术方案有以下有益效果：
1、本发明在不使用有机溶剂也不添加表面活性剂的条件下，通过调节CdS的加入量，HCl的加入量和反应温度制备出具有不同形貌和不同光电性质的纯度高的CdS纳米材料。
2、本发明操作简单，合成条件温度温和，生产成本低。
3、本发明制备的CdS具有较高的光催化分解水的活性。
附图说明
图1实施例1制备的CdS粉体的X射线扫描衍射图谱。
图2实施例1制备的CdS粉体的扫描电子显微镜图。
图3实施例1制备的CdS粉体的紫外-可见吸收图谱。
图4实施例1制备的CdS粉体的表面光电压谱图。
图5实施例1制备的CdS粉体的光催化产氢柱状图。
图6实施例2制备的CdS粉体的X射线扫描衍射图谱。
图7实施例2制备的CdS粉体的扫描电子显微镜图。
图8实施例2制备的CdS粉体的紫外-可见吸收图谱。
图9实施例2制备的CdS粉体的表面光电压谱图。
图10实施例2制备的CdS粉体的光催化产氢柱状图。
图11实施例3制备的CdS粉体的X射线扫描衍射图谱。
图12实施例3制备的CdS粉体的扫描电子显微镜图。
图13实施例3制备的CdS粉体的紫外-可见吸收图谱。
图14实施例3制备的CdS粉体的表面光电压谱图。
图15实施例3制备的CdS粉体的光催化产氢柱状图。
具体实施方式
下面通过具体实施例来说明本发明，但不限于此。
本发明实施例所用原料均为市售分析纯产品，使用前未经进一步纯化。
实施例1
将8mL去离子水放入用的500mL的烧杯内，加热到80℃，然后将12mL浓HCl（浓度为12mol/L）加入到上述溶液，然后迅速将0.3g的CdS粉末加入到上述溶液并用封口膜将烧杯密封，10s后，将封口膜打开一半将480mL去离子水加入到上述溶液。然后再将烧杯密封放置12小时。将所得物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤，然后在50℃干燥，得到类似球形的CdS纳米材料。
CdS纳米材料的X射线衍射图谱（Rigaku Max-2550型X射线衍射分析仪，XRD）见图1，CdS样品为六方铅锌矿结构，结晶程度较好，没有杂质峰出现，样品纯度高；CdS纳米材料的场发射扫描电镜照片（EFSEM，SHIMADZUSSX-550型扫描电子显微镜）见图2，CdS样品为有一个六边形底和其上为花状的CdS颗粒，粒径的大小为0.8～1.2μm；CdS纳米材料的紫外-可见吸收光谱（Shimadzu公司UV-3600型紫外-可见分光光度计）见图3，CdS样品表现出较强的吸收，并且对光的响应扩展到650nm。
对实施例1制备的CdS纳米材料表面光电压谱见图4，光催化产氢曲线见图5。
实施例2
将10mL去离子水放入500mL的烧杯内，加热到60℃，然后将10mL浓HCl加入到上述溶液，然后迅速将0.2g的CdS粉末加入到上述溶液并用封口膜将烧杯密封，10s后，将封口膜打开一半将480mL去离子水加入到上述溶液。然后再将烧杯密封放置12小时。将所得物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤，然后在50℃干燥，得到类似花状的CdS纳米材料。
CdS纳米材料的X射线衍射图谱（Rigaku Max-2550型X射线衍射分析仪，XRD）见图6，CdS样品为六方铅锌矿结构，结晶程度较好，没有杂质峰出现，样品纯度高；CdS纳米材料的场发射扫描电镜照片（EFSEM，SHIMADZUSSX-550型扫描电子显微镜）见图7，CdS样品为有一个六边形底和其上为花状的CdS颗粒，粒径的大小为1～1.5μm；CdS纳米材料的紫外-可见吸收光谱（Shimadzu公司UV-3600型紫外-可见分光光度计）见图8，CdS样品表现出较强的吸收，并且对光的响应扩展到650nm。
对实施例2制备的CdS纳米材料表面光电压谱见图9，光催化产氢曲线见图10。
实施例3
将10mL去离子水放入封口膜密封的烧杯内，加热到60℃，然后将10mL浓HCl加入到上述溶液，然后迅速将0.4g的CdS粉末加入到上述溶液并用封口膜将烧杯密封，10s后，将封口膜打开一半将480mL去离子水加入到上述溶液。然后再将烧杯密封放置12小时。将所得物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤，然后在50℃干燥，得到花状的CdS纳米材料。
CdS纳米材料的X射线衍射图谱（Rigaku Max-2550型X射线衍射分析仪，XRD）见图11，CdS样品为六方铅锌矿结构，结晶程度较好，没有杂质峰出现，样品纯度高；CdS纳米材料的场发射扫描电镜照片（EFSEM，SHIMADZUSSX-550型扫描电子显微镜）见图12，CdS样品为有一个六边形底和其上为花状的CdS颗粒，粒径的大小为300～500nm，粒子的尺寸变小，样品的表面积增大，有利于光催化产氢；CdS纳米材料的紫外-可见吸收光谱（Shimadzu公司UV-3600型紫外-可见分光光度计）见图13，CdS样品表现出较强的吸收，并且对光的响应扩展到650nm。
对实施例3制备的CdS纳米材料表面光电压谱见图14，光催化产氢曲线见图15。
实施例4
分别对上述3个实施例中制备的CdS纳米材料进行表面光电压谱测试，测试装置参见专利申请201310002669X中的图36。测试方法及原理为：用一部500W氙灯作光源，通过光栅单色仪(Omni-5007,No.09010,Zolix)得到单色光，计算机控制单色仪的扫描速度，光谱分辨率为1nm，得到的单色光照射在材料样品表面，产生的光生电子和空穴在分离机制的作用下分离，形成光电信号，信号由锁相放大器(SR830-DSP)采集并放大。所测得信号为表面光电压强度，其强度反应了光生电荷电子空穴对分离的数量。实施例1、2、3制备的CdS纳米材料的表面光电压谱分别见图4、9、14，从附图可以看出用本发明制备的CdS样品表现出较强的光电响应，并且光电响应扩展到750nm。说明光生电子和空穴在小于750nm光照条件下能够有效的分离。在560～750nm对应于CdS的表面态跃迁，光电压信号较强，说明本发明合成的样品具有丰富的表面态。
分别对各实施例制备的CdS纳米材料进行光催化产氢率测试，用500W氙灯作光源；硫化钠（0.35mol/L）、亚硫酸钠（0.25mol/L）作牺牲剂。在线的气相色谱（5A的柱子，TCD检测器，N2作为载气）检测H2的含量。对实施例1、2、3的测试结果分别见图5、10、15。CdS样品表现出较高的光催化产氢率，分别达到了48μmol/g·h、55.2μmol/g·h和59.4μmol/g·h。

Claims (3)

1.一种硫化镉纳米材料的合成方法，首先在容器中放入去离子水，加热到60～80℃，加入体积为去离子水1～1.5倍的浓盐酸，然后按每mL去离子水使用0.02～0.04g的量加入CdS粉末，密封容器反应10秒钟；用去离子水将上述溶液稀释至15～30倍，再将容器密封放置10～15小时；将所得沉淀物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤，干燥得到CdS纳米材料。
2.根据权利要求1所述的一种硫化镉纳米材料的合成方法，其特征在于，所述的容器为柱状容器。
3.根据权利要求1所述的一种硫化镉纳米材料的合成方法，其特征在于，所述的CdS粉末，按下面的用料比例和过程制得：将1.819g Cd(NO3)2·4H2O溶于50mL蒸馏水中，然后将10mL浓度为0.7mmol/mL的Na2S·9H2O加入上述溶液中，得到沉淀产物；将沉淀产物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤，然后在60℃干燥，得到CdS粉末。
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