CN109279644B - 一种狼牙棒状CdS的制备方法及产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种狼牙棒状CdS的制备方法及产品，制备包括：1)将硫脲溶解在乙二醇水溶液中得到硫脲溶液；2)将氯化镉与聚乙二醇溶解在乙二醇水溶液中得到氯化镉溶液；3)将硫脲溶液与氯化镉溶液滴加混合，继续加入乙二醇水溶液得到混合液；所述混合液中水与乙二醇的体积比为1:1～3:1；4)混合液进行水热反应，得到狼牙棒状CdS。本发明通过调控溶剂的不同比例，以氯化镉为镉源，以硫脲为硫源，在表面修饰剂的作用下，通过对反应条件的精确调控，制备得到了分布均匀的狼牙棒状CdS。
Description
技术领域
本发明涉及无机材料合成领域，具体涉及一种狼牙棒状CdS的制备方法及产品。
背景技术
硫化镉(CdS)是一种常见的金属硫化物，相对分子量为144.48，微溶于水。硫化镉的固体形态包括晶态和无定形态，一般为黄色或橘红色粉末。其中硫化镉的晶体结构有两种类型，分别为闪锌矿型(面心立方)结构与纤锌矿型(六方)结构。硫化镉一般是多晶结构，它由较为稳定的纤锌矿型晶相和次稳定的闪锌矿型晶相组成。
硫化镉是一种典型的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料，并且属于n型直接半导体。硫化镉的禁带宽度约为2.42eV，对光的最大吸收峰位于514nm，因此可以用波长低于514nm的可见光和紫外光将其位于价带中的电子激发跃迁至导带。基于这些特性，硫化镉能直接对可见光响应，可以作为太阳光催化反应的催化剂。另外，硫化镉具有介电常数小、激子效应大等特点，因而在非线性光学、光电调节器、光敏电阻、传感器等领域具有广泛的应用前景。
然而硫化镉也具有易发生光腐蚀、光生电子-空穴对容易复合、颗粒易团聚等缺点，这些缺点使得在实际的可见光催化反应中硫化镉的光催化活性较低，降低了其实用价值。但是，通过对硫化镉进行纳米化，改变颗粒形貌等方式，硫化镉在光催化方面仍能发挥巨大的作用。
溶剂热法是现在制备纳米材料的常用方法，该方法是指在密闭体系内使用特定的溶剂，在一定的温度和溶液的自生压力下，原始混合物进行反应的一种合成方法。如中国发明专利申请(CN 107043124 A)公开一种硫化镉纳米花的制备方法，镉源与硫脲分散和/或溶解在二乙烯三胺/乙醇的混合溶液中，随后进行水热反应，固液分离、洗涤、冷冻干燥得所述的硫化镉纳米花，由于反应所采用的溶剂不同，导致硫化镉的形貌完全不同。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种狼牙棒状CdS的制备方法。
本发明所提供的技术方案为：
一种狼牙棒状CdS的制备方法，包括如下步骤：
1)将硫脲溶解在乙二醇水溶液中得到硫脲溶液；
2)将氯化镉与聚乙二醇溶解在乙二醇水溶液中得到氯化镉溶液；
3)将硫脲溶液与氯化镉溶液滴加混合，继续加入乙二醇水溶液得到混合液；所述混合液中水与乙二醇的体积比为1:1～3:1；
4)混合液进行水热反应，得到狼牙棒状CdS。
本发明中通过调控溶剂的不同比例，以氯化镉为镉源，以硫脲为硫源，在表面修饰剂的作用下，通过对反应条件的精确调控，制备得到了分布均匀的狼牙棒状CdS，制备工艺简单、可控。
作为优选，所述硫脲与氯化镉的摩尔比为2.8～3.2:1。
作为优选，所述步骤1)中硫脲溶液的浓度为2.8～3.2mol/L；所述硫脲溶液中的水与乙二醇的体积比为1:1～3:1。
作为优选，所述步骤2)中氯化镉溶液的浓度为0.8-1.2mol/L；所述氯化镉溶液中的水与乙二醇的体积比为1:1～3:1。
作为优选，所述步骤2)中氯化镉与聚乙二醇的质量比为5～7:1。进一步优选为5.5～6:1。
作为优选，所述步骤4)中水热反应的反应温度为180～220℃，反应时间为5～20h。进一步优选，反应温度为195～205℃，反应时间为10～14h。
本发明还提供一种如上述的制备方法制备得到狼牙棒状CdS。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：通过调节溶剂的组分，实现对CdS形貌的可控调节，制备过程简单，易于规模化生产。
附图说明
图1为实施例1制备的CdS的XRD表征图；
图2为实施例1制备的CdS的SEM图；
图3为实施例1制备的CdS的紫外-可见吸收光谱结果图；
图4为实施例2制备的CdS的SEM图；
图5为对比例1制备的CdS的SEM图；
图6为对比例2制备的CdS的SEM图；
图7为对比例3制备的CdS的SEM图；
图8为对比例4制备的CdS的SEM图；
图9为对比例5制备的CdS的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步详细地说明。
实施例1
1)配置乙二醇水溶液，总体积为40mL，水和乙二醇的体积比为30:10。
2)计量称取3mmol的硫脲(0.228g)和1mmol的氯化镉晶体(CdCl2·2.5H2O，0.228g)，分别溶于10ml上述步骤1)得到的溶剂中，所得S2-离子浓度0.3mol/L，Cd2+离子0.1mol/L。
3)继续向将步骤2)得到的氯化镉溶液加入表面修饰剂聚乙二醇0.04g，待两个烧杯内的物质溶解且搅拌均匀后，将两个溶液缓慢地滴加混合。
4)将步骤3)得到的混合溶液转移到有效容积50mL的反应釜内，然后加入剩余的步骤1)得到的溶剂。将反应釜在200℃下保温12h，然后自然冷却到室温，用蒸馏水清洗沉淀物数次，最后在60℃的条件下用12h进行干燥，得到狼牙棒状CdS。
针对实施例1制备的狼牙棒状CdS进行XRD表征，如图1所示，X射线衍射测试表明产物为纯相CdS，主要衍射峰非常明显，证实制备得到的产物结晶性良好，反应过程中未引入杂质。
针对实施例1制备的狼牙棒状CdS进行SEM表征，如图2所示，即为狼牙棒状。
针对实施例1制备的狼牙棒状CdS进行紫外-可见吸收测试，如图3所示，可以看到所得样品禁带宽度在2.30eV左右，理论上对可见光有较大的吸收。
实施例2
参照实施例1进行制备，不同之处在于，步骤1)中水和乙二醇的体积比为20:20，同样得到狼牙棒状CdS，进行SEM表征，如图4所示，即为狼牙棒状。
对比例1
参照实施例1进行制备，不同之处在于，步骤1)中采用40ml水，得到CdS，进行SEM表征，如图5所示，没有得到狼牙棒状，当溶剂为纯水时，产物CdS呈现出典型的多级枝杈结构，其中每个晶体的主干与枝晶均十分明显，枝晶沿着主干呈对称分布，并与主干呈固定的角度。
对比例2
参照实施例1进行制备，不同之处在于，步骤1)中水和乙二醇的体积比为10:30，得到CdS，进行SEM表征，如图6所示，得到的是扁平的树叶状和畸变的狼牙棒混合形貌。
对比例3
参照实施例1进行制备，不同之处在于，步骤1)中水和乙二醇的体积比为5:35，得到CdS，进行SEM表征，如图7所示，随着乙二醇含量的增加，产物形貌从多级枝杈状逐渐向扁平的枝叶状、二维花状转变，得到的是枝叶状向二维花状的中间形貌。
对比例4
参照实施例1进行制备，不同之处在于，步骤1)中采用40ml乙二醇，得到CdS，进行SEM表征，如图8所示，产物形貌为较厚的片组装成的类玫瑰状的花。
对比例5
参照实施例1进行制备，不同之处在于，步骤1)中采用乙醇水溶液，总体积为40mL，水和乙醇的体积比为30:10，得到CdS，进行SEM表征，如图9所示，产物形貌为二维花状，花瓣的表面积很大。
Claims (3)
1.一种狼牙棒状CdS的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将硫脲溶解在乙二醇水溶液中得到硫脲溶液；
2）将氯化镉与聚乙二醇溶解在乙二醇水溶液中得到氯化镉溶液；氯化镉与聚乙二醇的质量比为5~7:1；
3）将硫脲溶液与氯化镉溶液滴加混合，继续加入乙二醇水溶液得到混合液；所述混合液中水与乙二醇的体积比为1:1~3:1；所述硫脲与氯化镉的摩尔比为2.8~3.2:1；
4）混合液进行水热反应，得到狼牙棒状CdS；水热反应的反应温度为180~220 ℃，反应时间为5~20 h。
2.根据权利要求1所述的狼牙棒状CdS的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中硫脲溶液的浓度为2.8~3.2 mol/L；所述硫脲溶液中的水与乙二醇的体积比为1:1~3:1。
3.根据权利要求1所述的狼牙棒状CdS的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中氯化镉溶液的浓度为0.8-1.2 mol/L；所述氯化镉溶液中的水与乙二醇的体积比为1:1~3:1。
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