一種CdS花狀自組裝結(jié)構(gòu)的制備方法及所得產(chǎn)品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種CdS自組裝結(jié)構(gòu)的制備方法及所得產(chǎn)品，具體涉及一種尺寸可調(diào)的CdS花狀自組裝結(jié)構(gòu)的制備方法及所得產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]CdS是一類重要的光敏功能性半導(dǎo)體材料，室溫下的能帶隙為2.4 eV，激子波爾半徑約3 nm，具有較高的可見光吸收能力和光反應(yīng)活性，在太陽能電池、光電子器件、光催化等領(lǐng)域顯示出重要的應(yīng)用價值。
[0003]CdS微納米材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控已成為近年來CdS基半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的研究熱點。利用水熱法、熱蒸鍍法、超聲輔助微波法、化學(xué)氣相沉積法、模板法等能夠合成具有不同微觀形態(tài)(如中空球狀、立方塊狀、片狀、納米棒、納米線、核殼結(jié)構(gòu)等)的CdS微納米材料。其中，CdS片狀結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積和晶體暴露面，在光催化降解有機物、光解產(chǎn)氫等方面應(yīng)用潛力巨大。文獻“R.Bera, S.Kundu, and A.Patra, ACS Appl.Mater.1nterfaces,2015，7，13251-13259”選用氯化鎘、硫粉和二乙烯三胺(DETA)為原料，采取溶劑熱法合成了二維的CdS片狀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其對有機污染物具有較高的光催化效率；文獻“ J.L.Wang,
H.Feng, K.Chen, and T.T.You, Mater.Lett., 2013，104，87-90”選用氯化鎘、氯化銅、硫粉和油酸為原料，采取種子生長法合成了六角型CdS片狀結(jié)構(gòu)，對其晶體結(jié)構(gòu)、光吸收性質(zhì)進行了研究。通過控制反應(yīng)條件實現(xiàn)半導(dǎo)體材料微觀形貌的有序化和結(jié)構(gòu)化，形成物理化學(xué)性質(zhì)耦合增強的CdS自組裝結(jié)構(gòu)，能夠表現(xiàn)出更加優(yōu)異的協(xié)同特性。例如，文獻“Z.Yu, B.S.Yin, F.Y.Qu, and X.ffu, Chem.Eng.J., 2014，258，203-209”選用醋酸鎘、硫脲為原料，采取溶劑熱法合成了由球狀小顆粒為基本結(jié)構(gòu)單元的CdS球狀自組裝結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其對剛果紅、亞甲基藍(lán)等有機染料具有較好的光催化降解效果。
[0004]目前，國內(nèi)外關(guān)于CdS自組裝結(jié)構(gòu)的研究尚處于起步階段，在反應(yīng)體系的選擇、反應(yīng)參數(shù)的設(shè)定、微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控等方面還存在諸多問題，如合成工藝較為復(fù)雜、需要氣氛保護、原料成本高、產(chǎn)品產(chǎn)率低、微觀形貌可控性差等，不利于產(chǎn)品的精確控制和大規(guī)模生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種CdS花狀自組裝結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法操作簡單，原料價格低廉，可以得到不同尺寸的CdS花狀自組裝結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明還提供了按照上述方法制得的CdS花狀自組裝結(jié)構(gòu)，該花狀形貌是由CdS片自組裝而成，其形貌獨特，尺寸可調(diào)，具有很好的應(yīng)用前景。
[0007]本發(fā)明具體技術(shù)方案如下:
一種CdS花狀自組裝結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括以下步驟:
(1)將鎘鹽、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、乙二醇、乙二胺、硫脲和水混合，攪拌均勻，得到溶液；
(2)將步驟(1)的溶液加入反應(yīng)爸中，進行溶劑熱反應(yīng)； (3)反應(yīng)后冷卻，分離反應(yīng)液，所得沉淀洗滌，即為CdS花狀自組裝結(jié)構(gòu)。
[0008]本發(fā)明方法中，生成的硫化鎘在溶劑熱反應(yīng)中發(fā)生自組裝反應(yīng)，形成花狀自組裝結(jié)構(gòu)。步驟(1)中，所述鎘鹽為鎘的可溶性鹽，例如鎘的鹵化物，例如氯化鎘、溴化鎘、碘化錦等。
[0009]本發(fā)明方法中，通過調(diào)控反應(yīng)物的摩爾比、水、乙二醇與乙二胺的體積比等因素，可以有效控制溶液中晶核的成核速率及晶體生長速率，從而調(diào)控CdS花狀自組裝結(jié)構(gòu)的尺寸和形貌均勻性。
[0010]本發(fā)明方法中，鎘鹽、PVP與硫脲的摩爾比為1:0.014-0.071:3_5。
[0011]本發(fā)明方法中，水、乙二醇與乙二胺按照特定的比例混合，水、乙二醇與乙二胺的體積比為 1:1.4-4.5:2.4-4.2。
[0012]進一步的，鎘鹽在步驟(1)最終形成的溶液中的濃度為0.0070-0.015 mol/L。
[0013]進一步的，步驟(2)中，溶劑熱反應(yīng)的溫度為150_170°C。溶劑熱反應(yīng)的時間一般為1-30 ho該反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間對產(chǎn)品的尺寸有調(diào)整作用。
[0014]進一步的，步驟(2)中，反應(yīng)在密閉環(huán)境下進行。
[0015]按照上述方法制得的CdS花狀自組裝結(jié)構(gòu)也在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
[0016]進一步的，本發(fā)明CdS花狀自組裝結(jié)構(gòu)是由CdS片狀結(jié)構(gòu)自組裝而成的，即其基本結(jié)構(gòu)單元為CdS片狀結(jié)構(gòu)。
[0017]進一步的，CdS片狀結(jié)構(gòu)的厚度為4-50 nm，該花狀自組裝結(jié)構(gòu)的尺寸為0.1-6μ m。
[0018]本發(fā)明通過簡單的溶劑熱法一步合成了 CdS花狀自組裝結(jié)構(gòu)，原料成本低，操作簡便，無需惰性氣體保護，通過調(diào)整反應(yīng)溫度、時間等工藝參數(shù)可以調(diào)整產(chǎn)品的尺寸，所得產(chǎn)品產(chǎn)率高，由CdS片狀結(jié)構(gòu)自組裝而成，微觀形貌重復(fù)性好，尺寸可調(diào)，尺寸分布范圍窄，具有較高的物理化學(xué)穩(wěn)定性與光電響應(yīng)性質(zhì)。本發(fā)明的實施拓展了 CdS自組裝結(jié)構(gòu)的調(diào)控手段，對CdS微納米材料的性能研究及批量化生產(chǎn)有重要意義。
【附圖說明】
[0019]圖1、圖2為本發(fā)明實施例1合成的CdS花狀自組裝結(jié)構(gòu)的掃描電鏡(SEM)圖片。
[0020]圖3為本發(fā)明實施例1合成的CdS花狀自組裝結(jié)構(gòu)的X射線衍射(XRD)圖譜。[0021 ] 圖4為本發(fā)明實施例1合成的CdS花狀自組裝結(jié)構(gòu)的光電流強度對應(yīng)時間的變化曲線。
[0022]圖5為本發(fā)明對比例1合成的CdS棒狀結(jié)構(gòu)的SEM圖片。
【具體實施方式】
[0023]下面通過實施例對本發(fā)明進行進一步的闡述，下述說明僅為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進行限定。
[0024]本發(fā)明PVP分子量在6萬以下，下述實施例中，所用PVP的分子量為58000。
[0025]實施例1
1.1將 0.143 g 的氯化鎘(CdCl2.2.5Η20)、2.000 g 的 PVP、20.0 mL 的乙二醇、30.0 mL的乙二胺和0.230 g的硫脲加入到10.0 mL水中，攪拌得到透明溶液； 1.2將上述溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，在160 °C下反應(yīng)24 h ；
1.3反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)過離心分離和洗滌后得到產(chǎn)物。
[0026]產(chǎn)物的SEM如圖1和2所示，從圖中可以看出，所得產(chǎn)物呈花狀，平均直徑為1.6μπι，該花狀結(jié)構(gòu)是由CdS片狀結(jié)構(gòu)自組裝而成的，CdS片狀結(jié)構(gòu)的平均厚度為20 nm ;產(chǎn)物的XRD結(jié)果如圖3所示，XRD結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)XRD卡(41-1049)保持一致，證明所得產(chǎn)物的晶相為纖鋅礦結(jié)構(gòu)a -CdS相；產(chǎn)物的光電流強度對應(yīng)時間的變化曲線如圖4所示，從圖中可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物的光電響應(yīng)較好，在365 nm紫外燈照射下，光照面積為1.5 cm2條件下，其光電流強度能夠達(dá)到9.9 E-7 A。
[0027]實施例2
2.1 將 0.100 g 的 CdCl2.2.5Η20、0.374 g 的 PVP、14.4 mL 的乙二醇、24.3 mL 的乙二胺和0.103 g的硫脲加入到10.0 mL水中，攪拌得到透明溶液；
2.2將上述溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，在150 °C下反應(yīng)2 h ；
2.3反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)過離心分離和洗滌后得到花狀自組裝結(jié)構(gòu)。CdS花狀自組裝結(jié)構(gòu)的平均直徑為0.18 μ m，其基本結(jié)構(gòu)單元CdS片狀結(jié)構(gòu)的平均厚度為7 nm。產(chǎn)物的XR