CN114835155B - 一种ZnS纳米材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种ZnS纳米材料的制备方法，属于微波吸收技术领域。所述方法包括：将升华硫与硫酸锌分别作为硫源和锌源与尿素放入烧杯中，并向烧杯中加入一定量的乙二醇和N，N‑二甲基甲酰胺溶液在室温下进行磁力搅拌，搅拌结束后将其倒入反应釜并置于烘箱中反应数小时，待反应结束后将溶液进行离心分离出沉淀物，用无水乙醇和正庚烷的混合溶液洗涤3～5次，烘干即得到ZnS纳米材料。与其他制备方法相比，本发明操作简单制备容易，并且通过调节反应时间以及原料配比，制备出粒径不同的ZnS纳米材料，为制备ZnS纳米材料提供了一种新的方法。

Description

一种ZnS纳米材料的制备方法
技术领域
本发明属于微波吸收技术领域，具体涉及一种ZnS纳米材料的制备方法。
背景技术
纳米材料是指尺寸在1nm～100nm间的粒子，由于尺寸小、表面活性大、理化性质独特等特性，被广泛应用于各个领域并在世界范围内呈现爆炸式增长。纳米材料分为零维(0-D)、一维(1-D)、二维(2-D)和三维(3-D)纳米结构，与传统的材料相比纳米材料有着更大的表面积和体积比，可以在分子水平下对材料的尺寸结构进行改造，并且由于其具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、量子限域效应等四大基本效应，因此纳米材料被认为是具有广阔的应用前景的新型材料。
近年来，日益严重的电磁波污染引起了人们高度重视，使人们对研究出更高效的电磁波吸收材料提出了更高的要求。硫化锌(ZnS)作为最重要的60种半导体过渡金属硫化物之一，其纳米形貌是过渡金属硫化物中最为丰富的一种，ZnS纳米材料由于具有良好的光学、电学、磁性能以及微观结构的可控性，因此其在光催化、能源转换、电磁波吸收领域有着巨大的应用潜力。ZnS纳米材料的这些性能与其材料尺寸和化学组成有着密切关系，最近研究时发现，当ZnS纳米粒子半径小于玻尔半径时会表现出量子限域效应，使吸收光谱蓝移。目前制备纳米ZnS材料主要有化学气象沉淀法、模板法和液相合成法等，这些方法通常制备工艺复杂、成本较高、操作麻烦、难以大批量生产，因此找到一种操作方便并且制备工艺简单的方法是非常重要的。
发明内容
本发明的目的是为解决ZnS纳米材料制备工艺复杂、成本高、难以批量生产的问题，提供一种制作工艺简单、成本低并且对环境友好的新方法，以升华硫与硫酸锌分别作为硫源和锌源，通过调节反应时间以及原料配比，制备出具有优异的紫外光吸收特性的ZnS纳米材料，从而为制备具有良好吸波性能的ZnS纳米材料提供了一种新的方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种ZnS纳米材料的制备方法，所述方法具体为：称取升华硫、硫酸锌和尿素放入容器中，向容器中加入乙二醇和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶液并在室温下进行磁力搅拌，将搅拌后的溶液倒入反应釜并转移至烘箱中反应，待反应结束后将溶液进行离心分离出沉淀物，用无水乙醇和正庚烷的混合溶液洗涤沉淀物，烘干即得到ZnS纳米材料。
进一步地，所述升华硫、硫酸锌、尿素的质量比为1～2：1：1～3，N，N-二甲基甲酰胺和乙二醇的体积比为1：1～2。优选地，所述升华硫、硫酸锌、尿素的质量比为1.2：1：1.8，N，N-二甲基甲酰胺和乙二醇的体积比为1：1.3。
进一步地，所述磁力搅拌的速度为400r/min～800r/min。优选地，所述磁力搅拌的速度为600r/min。
进一步地，所述反应温度为180℃～220℃，反应时间为10h～18h。优选地，所述反应温度为200℃，反应时间为14h。
进一步地，所述离心的速度为7000r/min～9000r/min。优选地，所述离心的速度为8000r/min。
进一步地，所述无水乙醇和正庚烷的体积比为1：1～2。优选地，所述无水乙醇和正庚烷的体积比为1：1。
进一步地，所述烘干的温度为80℃～100℃。优选地，所述烘干的温度为90℃。
本发明相对于现有技术的有益效果为：本发明以升华硫与硫酸锌分别作为硫源和锌源，通过调整反应釜在烘箱中的反应时间以及原料的配比制备了具有高效紫外光吸收特性的ZnS纳米材料，且可以通过调整反应时间以及原料配比控制ZnS纳米材料的大小，制备过程简单、操作容易，为制备ZnS纳米材料提供了一种新的方法。
附图说明
图1为本发明实施例1的ZnS纳米材料的扫描电镜图；
图2为本发明实施例2的ZnS纳米材料的扫描电镜图；
图3为本发明实施例1的ZnS纳米材料的X射线衍射光谱图；
图4为本发明实施例2的ZnS纳米材料的X射线衍射光谱图；
图5为本发明实施例1的ZnS纳米材料在室温下的磁滞回线图；
图6为本发明实施例1的ZnS纳米材料的紫外吸收光谱图；
图7为本发明实施例1的ZnS纳米材料的(αhv)2光子能量与(hv)的关系图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，需要说明的是，本发明的具体实施方式可以是多种多样的，可以有其他的实施方式和应用，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，其实际实施时包括各具体实施方式之间的任意组合。
实施例1：
步骤1：分别称取0.32g的硫酸锌、0.4g的升华硫以及0.6g的尿素置于100ml的干净烧杯中。
步骤2：向烧杯中加入30ml的N，N-二甲基甲酰胺溶液和40ml的乙二醇溶液，并将烧杯置于磁力搅拌器上以600r/min的速度磁力搅拌1h。
步骤3：将搅拌后的溶液倒入100ml的反应釜中，将反应釜拧紧然后置于200℃的烘箱中反应14h。
步骤4：将反应后的溶液用离心机进行离心，离心速度为8000r/min，然后用1：1的无水乙醇与正庚烷溶液进行洗涤。
步骤5：将洗涤过后的白色沉淀放入真空烘箱中干燥6个小时，干燥温度为90℃，最终得到ZnS纳米材料。
实施例2：
步骤1：分别称取0.32g的硫酸锌、0.5g的升华硫以及0.6g的尿素置于100ml的干净烧杯中。
步骤2：向烧杯中加入30ml的N，N-二甲基甲酰胺溶液和30ml的乙二醇溶液，并将烧杯置于磁力搅拌器上以600r/min的速度磁力搅拌1h。
步骤3：将搅拌后的溶液倒入100ml的反应釜中，将反应釜拧紧然后置于220℃的烘箱中反应12h。
步骤4：将反应后的溶液用离心机进行离心，离心速度为8000r/min，然后用1：2的无水乙醇与正庚烷溶液进行洗涤。
步骤5：将洗涤过后的白色沉淀放入真空烘箱中干燥6个小时，干燥温度为100℃，最终得到ZnS纳米材料。
如图1所示，为本发明实施例1的ZnS纳米材料的扫描电镜图，由图中可知制备出的ZnS材料为直径在30-45nm范围内的纳米颗粒，并且大小相对均匀。如图2所示，为本发明实施例2的ZnS纳米材料的扫描电镜图，由图中可知制备出的ZnS材料为直径在40-60nm范围内的纳米颗粒，说明实施例2制备出的ZnS纳米尺寸要大于实施例1制备出的ZnS纳米尺寸。
如图3所示，为本发明实施例1的ZnS纳米材料的X射线衍射光谱图，通过XRD对ZnS纳米材料的晶体结构进行分析，可以看出ZnS在衍射角2θ为28.6°、33.1°、47.5°、56.3°、59.1°、69.5°、76.8°、79.1°和88.5°时的衍射峰与ZnS的标准图谱(PDF#05-0566)的(111)、(200)、(220)、(311)、(222)、(400)、(331)、(420)和(422)晶面相对应，并且在XRD谱图中没有发现其他明显的衍射峰，表明制备出的ZnS纳米材料纯度较高，通过Scherer方程从(111)晶面计算出ZnS纳米材料的平均粒径为29nm左右。图4所示为本发明实施例2的ZnS纳米材料的X射线衍射光谱图，由图可知其与ZnS标准图谱(PDF#05-0566)一致，但是杂峰较多，说明实施例2制备出的ZnS纳米材料纯度要比实施例1所制备出的ZnS纳米材料纯度低。
如图5所示，为本发明实施例1的ZnS纳米材料在室温下的磁滞回线图，由图可知纳米ZnS在室温下的矫顽力和剩磁分别为0Oe和0emu/g，其饱和磁化强度为0.00069emu/g，由此可知纳米ZnS材料几乎没有磁性。
如图6所示，为本发明实施例1的ZnS纳米材料的紫外吸收光谱图，图7为(αhv)2以及光子能量(hv)关系图，由图6可知，当材料的电子结构特性以及带隙变化时材料的光吸收性质也会随之改变，ZnS纳米材料在320nm-330nm吸收峰达到最大，并且在360nm-380nm有一个较弱的激子吸收峰。通过Tauc带隙公式计算了样品的带隙。
αhv＝A(hv-Eg)n (1)
其中：α，h，v，A，Eg和n分别表示吸收系数、Planks常数、频率、带尾参数、带隙以及过渡系数。过渡系数n是一个表示过渡过程的指标，可以从图7的切线估算出其带隙值，切线与x轴的交点的Eg值即为ZnS纳米材料的带隙值，由图可以估算出其带隙值为3.57eV，相对于体相ZnS材料的带隙值3.66eV发生了红移。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。

Claims (6)

1.一种用做微波吸波材料的ZnS纳米材料的制备方法，其特征在于：所述方法具体为：称取升华硫、硫酸锌和尿素放入容器中，升华硫、硫酸锌、尿素的质量比为1~2：1：1~3，向容器中加入乙二醇和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶液并在室温下进行磁力搅拌，将搅拌后的溶液倒入反应釜并转移至烘箱中反应，反应温度为180℃~220℃，反应时间为10h~18h，待反应结束后将溶液进行离心分离出沉淀物，用无水乙醇和正庚烷的混合溶液洗涤沉淀物，烘干即得到ZnS纳米材料，ZnS纳米材料尺寸在30nm~60nm。
2.根据权利要求1所述的一种用做微波吸波材料的ZnS纳米材料的制备方法，其特征在于：所述N，N-二甲基甲酰胺和乙二醇的体积比为1：1~2。
3.根据权利要求1所述的一种用做微波吸波材料的ZnS纳米材料的制备方法，其特征在于：所述磁力搅拌的速度为400r/min~800r/min。
4.根据权利要求1所述的一种用做微波吸波材料的ZnS纳米材料的制备方法，其特征在于：所述离心的速度为7000r/min~9000r/min。
5.根据权利要求1所述的一种用做微波吸波材料的ZnS纳米材料的制备方法，其特征在于：所述无水乙醇和正庚烷的体积比为1：1~2。
6.根据权利要求1所述的一种用做微波吸波材料的ZnS纳米材料的制备方法，其特征在于：所述烘干的温度为80℃~100℃。
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