CdS纳米粒子的合成方法

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:442

廖学红，杨水彬，陈年友

（黄冈师范学院化学系，湖北黄州 438000）

摘要：在十二烷基硫酸的水溶液中，以cd(no3)2和taa为源材料，通过微波辐射加热合成了立方晶相cds半导体纳米粒子，并用xrd、tem、紫外反射光谱及荧光光谱进行了表征。

关键词：微波辐射；合成；cds纳米粒子；半导体

中图分类号：0616.2 文献标识码：a文章编号：1671-4776（2003）09-0044-03

１引言

随着现代微电子技术的飞速发展，各种光电子器件的微型化对材料提出了纳米化要求。以研究低维材料（量子点、量子线）为主要内容的纳米材料科学，已成为当今最活跃的学科之一。

纳米微粒处于分子向体材料过渡的中间状态，由于其特殊的结构层次，赋予了既有别于体材料又不同于单个分子的特殊性质，显示出体材料不具备的导电特性、光电特性、光催化能力及随粒径变化的吸收或发射光谱，已被用于各种发光与显示装置[1]。因此，纳米材料被公认为是一种有开发应用前景的新型材料，是当前固体物理、材料化学中的活跃领域之一。为制备纳米材料已发展了多种方法，概括起来分为物理方法和化学方法两大类。物理方法可制得粒径易控的纳米粒子，但因所需设备昂贵而限制了它的应用。化学方法主要有化学沉淀法、超声化学法、电化学法、超声电化学法、水热及溶剂热法等。如何以材料形式付诸于应用，实现对纳米微粒的尺寸大小、粒度分布以及形状和表面修饰的控制，是纳米微粒研究的关键。科学家付出巨大努力以进一步找到更简便的合成方法，改善制备环境和发展制备过程中形状和尺寸控制技术，实现由量子点、量子线发展到超晶格等具有特定结构纳米材料的合成。

微波介电加热自1986年应用于化学领域以来得到了很大的发展，除已被广泛应用于有机合成外，还成功应用于分子筛和陶瓷材料[2～10]及纳米材料的合成。与其他方法相比反应速度快，对某些反应可使反应速率较常规方法提高三个数量级；加热速度快，体系受热方式为体加热，其热效应来自于分子偶极矩的极高频率的振动，而非通常的热传导、对流等致热方式；还有微波的非热效应及过热效应等[10]。微波加热合成可明显缩短反应时间，获得小的粒子尺寸、窄的粒径分布和高的纯度[5]。应用微波合成方法成功合成了ceo2，fe203及一些硫化物纳米材料[11～13]。

半导体纳米粒子由于具有独特的量子尺寸效应、表面效应和介电限域效应，而表现出新奇的光、电及化学性质，在发光材料、非线性光学材料、光敏传感器材料、光催化材料等方面具有广阔的应用前景，已成为目前非常活跃的研究领域。制备半导体纳米材料的方法很多，其基本方法有：元素直接反应、交换反应、热解反应、电化学合成以及水热、溶剂热合成等[14]。

本文在十二烷基硫酸钠的水溶液中，以cd(no3)2和硫代乙酰胺(taa)为源材料，通过微波加热合成了cds半导体纳米粒子，并用xrd、tem、紫外反射光谱及荧光光谱进行了表征。

２实验部分

２.１试剂及仪器

cd(no3)2·4h2o（a．r）；ch3csnh2（taa，a．r．）；十二烷基硫酸钠（a．r．）；丙酮（a．r）。650 w带回流装置微波炉（南京三乐家用电器公司）；xd3a型ｘ射线衍射仪（日本岛津公司，日本），cu靶（λ＝0.15418nm；jem-200cx型透射电子显微镜（日本电子公司），200kv；uv-240型紫外光谱仪（日本岛津公司，日本）；rf-540型荧光光谱仪（日本岛津公司，日本）。实验使用蒸馏水。

２．２纳米cds的制备

在100ml蒸馏水中，加入１g十二烷基硫酸钠超声分散使之溶解，将5mmol cd（no3）2·4h2o溶解于上述水溶液中，加入7mmol taa，置于250 ml圆底烧瓶中，接上回流管，用20％的功率（表示在每一个30 ｓ工作循环内，工作6ｓ，停24ｓ，而总功率不变，仍为650 w）微波反应20 min，自然冷却至室温，离心分离，用蒸馏水和丙酮洗涤几次，自然干燥。将所得产品收集用于表征。

３纳米粒子尺度及形貌的表征

图1为纳米cds的ｘ射线衍射图。xrd结果显示所制备的纳米cds为立方晶形cds（βcds），其衍射花样与jcpds卡（jcpds no．10－0454）的报道一致，但衍射峰明显宽化。根据debye-scherrer公式估算，平均粒子直径约为6nm。

图2为产物纳米cds的透射电子显微镜照片。从图2可以看出，微波合成的纳米βcds粒子的形貌呈球形，粒度分布较均匀，粒径4～8 nm，与xrd分析基本相符。但也可看出，粒子存在较明显的团聚，这是由于所得cds纳米粒子很小，存在巨大的表面能而使之趋于聚集。