CN104724759A - 一种α相硫化锰纳米立方块的制备方法 - Google Patents
一种α相硫化锰纳米立方块的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104724759A CN104724759A CN201510086473.2A CN201510086473A CN104724759A CN 104724759 A CN104724759 A CN 104724759A CN 201510086473 A CN201510086473 A CN 201510086473A CN 104724759 A CN104724759 A CN 104724759A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- preparation
- powder
- cubic block
- pot
- mns
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G45/00—Compounds of manganese
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
- C01P2004/38—Particle morphology extending in three dimensions cube-like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明的一种α相硫化锰纳米立方块的制备方法,属于纳米材料制备的技术领域。将锰粉、硫粉混合均匀,压成压块;将压块置于石墨锅内,石墨锅放入直流电弧放电装置的反应室内的铜锅阳极中,钨棒阴极与铜锅阳极相对放置;冷凝壁和铜锅阳极通入循环冷却水;在氩气中进行放电反应,保持放电电压为18V、电流为100A,反应2~5分钟;再在氩气环境中钝化5小时,在冷凝壁上端收集绿色的粉末。本发明所制备的样品纯度高,结晶性好,形貌尺寸均一;制备过程中无需任何基片、模板、催化剂,对环境友好;制备时间短、能耗少、成本低、可重复性高。制备的产品在短波光电器件、太阳能电池、催化材料、大容量光存储器等方面具有应用价值。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备的技术领域,特别涉及了一种简单的制备α相硫化锰纳米立方块的方法。
背景技术
随着对纳米材料研究的广泛和深入,人们发现纳米材料具有大的比表面积,表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加,表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等特点,从而导致纳米材料的熔点,磁学性能,电学性能,光学性能,力学性能等都不同于传统体材料。
硫化锰(MnS)是一种具有反铁磁性的稀磁半导体材料,其具有三种相态,分别为呈粉色、亚稳相、闪锌矿结构β-MnS和纤锌矿结构γ-MnS,以及呈绿色、稳定相、岩盐矿结构α-MnS。其中,稳定相α-MnS可由亚稳相β-MnS和γ-MnS在100~400℃或高压下转变制得。此外,MnS因其具有较宽的光学带隙,在短波光电器件、太阳能电池的窗口/缓冲材料、催化材料、大容量光存储器等方面具有广泛的潜在应用价值。因此,MnS的纳米材料一直都是研究的热点。
硫化锰纳米粒子可以通过多种方法制备,主要有:热液合成法制备α-MnS纳米球(Materials Chemistry and Physics 111(2008)13–16),溶剂热法制备β-MnS纳米棒(J.Phys.Chem.C 116(2012)3292-3297),微波辐射法制备γ-MnS纳米微晶(Materials Chemistry and Physics 91(2005)298–300)等。但上述制备方法普遍存在反应耗时长,产量小,需要添加反应催化剂、表面活性剂等特点,这导致成本过高,制备过程产生对环境的二次污染。
利用电弧法制备α相硫化锰纳米立方块还未见报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,弥补传统制备方法存在的诸多缺陷,提供一种工艺简单、节能环保、纯度高、产量大、生产成本较低且可控制备单一α相硫化锰(α-MnS)纳米立方块的制备方法,为稀磁半导体材料的制备指出了一个新的方向。
本发明的α-MnS纳米立方块的制备方法,是采用直流电弧等离子体放电装置。具体的技术方案如下。
一种α相硫化锰纳米立方块的制备方法,有如下步骤:将锰(Mn)粉、硫(S)粉按摩尔比1∶1比例混合均匀,压成混合粉的压块;将压块置于石墨锅内,石墨锅放入直流电弧放电装置的反应室内的铜锅阳极中,钨棒阴极与铜锅阳极相对放置,带顶盖的双层圆筒形的冷凝壁置于反应室内,并将钨棒阴极与铜锅阳极罩于其中,双层圆筒内通循环冷却水;在氩气气氛中放电反应,保持放电电压为18V、电流为100A,反应2~5分钟;再在氩气环境中钝化5小时,在冷凝壁内腔上端收集绿色的粉末为α相MnS纳米立方块。
所述的压块,密度最好为3.5~5g/cm3。
所述的氩气气氛,可以将反应室抽成真空后充入氩气,至气压为10~30kPa。
所述的铜锅阳极,制成壳体,其内通入循环冷却水。循环冷却水为铜锅阳极降温,以保护其不被烧坏。
本发明利用直流电弧放电装置制备α-MnS纳米立方块具有工艺简单环保、反应快速、低成本、无污染、产量大、样品纯度高、可重复性好、无需添加催化剂、表面活性剂等优点,制备的产品在短波光电器件、太阳能电池的窗口/缓冲材料、催化材料、大容量光存储器等方面具有广泛的潜在应用价值。
附图说明
图1是本发明直流电弧放电装置结构图。
图2是实施例2制得的α-MnS纳米立方块的扫描式电子显微镜(SEM)谱图。
图3是实施例2制得的α-MnS纳米立方块的能谱分析(EDS)谱图。
图4是实施例2制得的α-MnS纳米立方块的透射电子显微镜(TEM)谱图。
图5是实施例2制得的α-MnS纳米立方块的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)谱图及选区电子衍射(SAED)谱图。
图6是实施例2制得的α-MnS纳米立方块的X射线衍射(XRD)谱图。
图7是比较例1制得的MnS纳米球的透射电子显微镜(TEM)谱图。
图8是对比例2制得的MnS纳米长方块和立方块的透射电子显微镜(TEM)谱图。
具体实施方式
实施例1直流电弧放电装置结构
结合图1说明本发明制备SnSe纳米片的直流电弧装置结构。图1中,1为直流电弧装置的外玻璃罩,2为冷凝壁的顶盖,3为冷凝壁,4为由钨棒构成的阴极,5为反应初始原料压块(嵌于石墨锅内),6为石墨锅(置于铜锅内),7为由铜锅构成的阳极,8为阳极进水口,9为阳极出水口,10为进气口,11为出气口,12为冷凝壁进水口,13为冷凝壁出水口
在冷凝壁3中通入冷却水为制备MnS纳米立方块的关键,放电时反应腔产生高温,由于冷却水的作用使冷凝壁与电弧源之间产生温度梯度,从而制得高纯的α-MnS纳米立方块。
实施例2最佳的制备MnS纳米立方块的全过程。
将200目的Mn粉、S粉按照摩尔比为1∶1的比例放入混料机中混合均匀。取出5.5g的混合粉,使用压片机压块,压成直径为1.8cm,高为0.6cm的圆柱体。将压成的混合粉的压块放入石墨锅后,再一并放入直流电弧放电装置的反应室的阳极铜锅中。阴极为钨棒电极。将直流电弧放电装置的反应室抽成真空(最好小于1Pa),然后充15kPa氩气。冷凝壁和铜锅通入循环冷却水,开始放电。在放电过程中保持电压为18V,电流为100A,反应3分钟。再在氩气环境中钝化5小时,然后在冷凝壁上端收集到绿色的α-MnS纳米立方块。
图2给出上述条件制备的α-MnS纳米立方块的SEM图,可以看出样品为规则的纳米粒方块,边长为40~100nm。图3给出上述条件制备的α-MnS纳米立方块的EDS图,可以得出纳米立方块是由Mn和S两种元素组成,并且两种元素的原子比例为1:1。图4给出上述条件制备的α-MnS纳米立方块的TEM图,进一步确认样品为纳米立方块,平均边长约为50nm。图5、图6给出上述条件制备的α-MnS纳米立方块的SAED图、HRTEM图和XRD谱图,证明α-MnS纳米立方块为立方相单晶。
比较例1制备MnS纳米球的全过程。
将200目的Mn粉、S粉按照摩尔比为1∶1比例放入混料机中混合均匀。取出5.5g的混合粉,使用压片机压块,压成直径为1.8cm,高为0.6cm的圆柱体。将压成的混合块放入石墨锅,再一并放入直流电弧放电装置的反应室的阳极铜锅中。阴极为钨棒电极。将直流电弧放电装置的反应室抽成真空(最好小于1pa),然后充15kpa氩气。冷凝壁和铜锅通入循环冷却水,开始放电。在放电过程中,保持电压为20V,电流为80A,反应5分钟后,再在氩气环境中钝化5小时,在冷凝壁上端收集绿色的MnS样品。图7给出上述条件制备的MnS的TEM图,确认制得的产物为表面粗糙的MnS纳米球,平均直径约为50nm。
比较例2制备MnS纳米长方块体和立方块体混合物的全过程。
将200目的Mn粉、S粉按照摩尔比为1∶1放入混料机中混合均匀。取出5.5g的混合粉,使用压片机压块,压成直径为1.8cm,高为0.6cm的圆柱体。将压成的混合块放入石墨锅,再一并放入直流电弧放电装置的反应室的阳极铜锅中。阴极为钨棒电极。将直流电弧放电装置的反应室抽成真空(最好小于1pa),然后充15kPa氩气。冷凝壁和铜锅通入循环冷却水,开始放电。在放电过程中,保持电压为15V,电流为100A。反应5分钟后,再在氩气环境中钝化5小时,在冷凝壁上端收集绿色的MnS样品。图8给出上述条件制备的MnS的TEM图,确认制得的产物为MnS纳米长方块体和立方块体混合物。
Claims (4)
1.一种α相硫化锰纳米立方块的制备方法,有如下步骤:将锰粉、硫粉按摩尔比1∶1比例混合均匀,压成混合粉的压块;将压块置于石墨锅内,石墨锅放入直流电弧放电装置的反应室内的铜锅阳极中,钨棒阴极与铜锅阳极相对放置,带顶盖的双层圆筒形的冷凝壁置于反应室内,并将钨棒阴极与铜锅阳极罩于其中,双层圆筒内通循环冷却水;在氩气气氛中放电反应,保持放电电压为18V、电流为100A,反应2~5分钟;再在氩气环境中钝化5小时,在冷凝壁内腔上端收集绿色的粉末为α相MnS纳米立方块。
2.根据权利要求1所述的α相硫化锰纳米立方块的制备方法,其特征在于,所述的压块,其密度为3.5~5g/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的α相硫化锰纳米立方块的制备方法,其特征在于,所述的氩气气氛,是将反应室抽成真空后充入氩气,至气压为10~30kPa。
4.根据权利要求1或2所述的α相硫化锰纳米立方块的制备方法,其特征在于,所述的铜锅阳极,制成壳体,其内通入循环冷却水。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510086473.2A CN104724759B (zh) | 2015-02-17 | 2015-02-17 | 一种α相硫化锰纳米立方块的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510086473.2A CN104724759B (zh) | 2015-02-17 | 2015-02-17 | 一种α相硫化锰纳米立方块的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104724759A true CN104724759A (zh) | 2015-06-24 |
CN104724759B CN104724759B (zh) | 2016-05-25 |
Family
ID=53449263
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510086473.2A Expired - Fee Related CN104724759B (zh) | 2015-02-17 | 2015-02-17 | 一种α相硫化锰纳米立方块的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104724759B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105271140A (zh) * | 2015-10-21 | 2016-01-27 | 吉林大学 | 一种六方相铝碳氮化物的六边形纳米片及其制备方法 |
CN110272071A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-09-24 | 国家纳米科学中心 | 一种α-MnS纳米片及其制备方法和应用 |
CN110921711A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-03-27 | 郴州丰越环保科技有限公司 | 一种纳米级硫化锰的制备方法及其应用 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102942224A (zh) * | 2012-11-10 | 2013-02-27 | 吉林大学 | 岩盐矿MnS 纳米立方块超晶格的合成方法 |
-
2015
- 2015-02-17 CN CN201510086473.2A patent/CN104724759B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102942224A (zh) * | 2012-11-10 | 2013-02-27 | 吉林大学 | 岩盐矿MnS 纳米立方块超晶格的合成方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
CHANGHUA AN等: "Hydrothermal preparation of a-MnS nanorods from elements", 《JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH》 * |
徐舸,刘公召: "溶剂热法可控合成α-,β-MnS纳米材料和γ-MnS纳米线", 《人工晶体学报》 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105271140A (zh) * | 2015-10-21 | 2016-01-27 | 吉林大学 | 一种六方相铝碳氮化物的六边形纳米片及其制备方法 |
CN110272071A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-09-24 | 国家纳米科学中心 | 一种α-MnS纳米片及其制备方法和应用 |
CN110272071B (zh) * | 2019-07-09 | 2022-01-28 | 国家纳米科学中心 | 一种α-MnS纳米片及其制备方法和应用 |
CN110921711A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-03-27 | 郴州丰越环保科技有限公司 | 一种纳米级硫化锰的制备方法及其应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104724759B (zh) | 2016-05-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | Optical and electrochemical properties of nanosized CuO via thermal decomposition of copper oxalate | |
Li et al. | CdIn 2 S 4/gC 3 N 4 heterojunction photocatalysts: enhanced photocatalytic performance and charge transfer mechanism | |
CN106115654B (zh) | 一种杂原子掺杂的三维多孔碳材料、制备方法及其应用 | |
Xu et al. | Facile synthesis and photocatalytic properties of ZnO core/ZnS–CdS solid solution shell nanorods grown vertically on reductive graphene oxide | |
Zhang et al. | One-pot solvothermal synthesis of graphene wrapped rice-like ferrous carbonate nanoparticles as anode materials for high energy lithium-ion batteries | |
Wang et al. | N-type hedgehog-like CuBi 2 O 4 hierarchical microspheres: room temperature synthesis and their photoelectrochemical properties | |
Zhang et al. | Zn 2 SiO 4 urchin-like microspheres: controlled synthesis and application in lithium-ion batteries | |
Mao et al. | Controllable growth of SnS 2/SnO 2 heterostructured nanoplates via a hydrothermal-assisted self-hydrolysis process and their visible-light-driven photocatalytic reduction of Cr (vi) | |
Ma et al. | Controlled synthesis of Zn x Cd 1− x S nanorods and their composite with RGO for high-performance visible-light photocatalysis | |
Wang et al. | Enhanced photocatalytic behavior and excellent electrochemical performance of hierarchically structured NiO microspheres | |
CN104724759A (zh) | 一种α相硫化锰纳米立方块的制备方法 | |
CN110203976A (zh) | 快速合成雪花状ZnCo2O4-ZnO复合电级材料的制备方法 | |
Xavier et al. | A new processing method of CaZn2 (OH) 6· 2H2O powders: Photoluminescence and growth mechanism | |
Shen et al. | Preparation and characterization of ultrafine zinc oxide powder by hydrothermal method | |
Ma et al. | Construction of a novel ternary composite of Co-doped CdSe loaded on biomass carbon spheres as visible light photocatalysts for efficient photocatalytic applications | |
Zhang et al. | Ion exchange for synthesis of porous Cu x O/SnO 2/ZnSnO 3 microboxes as a high-performance lithium-ion battery anode | |
Yu et al. | Oriented Bi2Se3 nanoribbons film: Structure, growth, and photoelectric properties | |
CN104692341B (zh) | 一种硒化亚锡正方形纳米片及其制备方法 | |
Pei et al. | Vanadium doping of strontium germanate and their visible photocatalytic properties | |
Wang et al. | Selective synthesis of cubic and hexagonal phase of CuInS 2 nanocrystals by microwave irradiation | |
Wang et al. | Controlled synthesis of europium-doped lutetium compounds: nanoflakes, nanoquadrels, and nanorods | |
Xia et al. | Template-free synthesis, growth mechanism and photoluminescent properties of Ln (OH) 3 and Ln2O3 nanorods (Ln: lanthanide ion) | |
CN112875657A (zh) | 硒化锰/还原氧化石墨烯纳米复合材料制备方法及其应用 | |
Ji et al. | Microwave-assisted hydrothermal synthesis of sphere-like C/CuO and CuO nanocrystals and improved performance as anode materials for lithium-ion batteries | |
CN105016378A (zh) | 硫化锡纳米片的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160525 Termination date: 20170217 |