金属硫化物的水热合成及表征

作     者：祝华云 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张孝彬

授予年度：2008年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：金属硫化物 水热法 硫化铅 十二烷基磺酸钠 十六烷基三甲基溴化铵 

摘      要：金属硫化物纳米材料因其独特的物理化学性质显示出在光学、传感、催化、磁学和太阳能电池等领域广泛的应用前景。制备金属硫化物新颖形貌的纳米晶、探索其生长机制,进而实现对尺寸、维度及物性的调控,对于深入研究纳米结构与物性的关联,最终实现按照人们的意愿设计合成功能材料具有重要意义。尽管当前金属硫化物的制备已取得了较大的发展,但其形貌的控制合成仍没有很好的解决。因此,大量、低成本和有效地合成与组装各种形貌的金属硫化物纳米材料无论从基础研究,还是从性能和应用的角度来看,都有着特殊重要的意义。 本文采用简单的水热法在表面活性剂的辅助下制备出多种不同形貌的金属硫化物纳米材料,球状、立方状、棒状、星形和哑铃状的PbS,球状的ZnS、CdS,还有管状MnS等,并考察了反应物浓度、温度以及反应物的种类等对生成产物形貌的影响。最后,对各种形貌产物的形成机制进行了初探。 以乙酸铅和硫脲为主要原料,十二烷基磺酸钠(SDS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,在120℃反应12h,水热法制备了PbS纳米棒束。并利用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨电子显微镜(HRTEM)等手段对产物进行了表征。实验结果表明:产物为立方结构的PbS单晶纳米棒所组成的纳米棒束。考察了乙酸铅和硫脲间的摩尔比以及反应温度对合成产物的影响,发现当乙酸铅和硫脲间的摩尔比为1:1时,得到大量的PbS纳米棒束。当只加一种表面活性剂CTAB,以硫脲为硫源,160℃反应6h得到星形结构,将硫脲替换为硫代硫酸纳,120℃反应6h得到哑铃形PbS纳米晶。两种表面活性剂共存,以硫代乙酰胺(TAA)为硫源,80℃反应12h产物为颗粒粘连的球状PbS,反应温度提高到120℃时产物为空心立方状PbS,提高到160℃时产物为实心立方状PbS。 根据上述球状PbS的合成原理,将其推广到其它硫化物,成功的制备出球状ZnS、CdS等硫化物。同样利用SDS/CTAB的阴阳表面活性剂复配体系,合成制备了管状MnS,但其形成机理还有待分析。