一种水相法制备PbS球形纳米晶体的方法

摘要

本发明公开了一种水相法制备PbS球形纳米晶体的方法。以醋酸铅为原料，在表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵和叔十二硫醇的作用下同硫化钠反应，经分离、纯化，得到球形PbS纳米晶体。本发明采用工业原料，价廉易得，反应条件温和，操作简便。

说明书

技术领域

本发明涉及纳米晶体领域，特别涉及一种水相法制备PbS球形纳米晶体的方法。

背景技术

PbS纳米晶属于IV～VI族半导体纳米晶(量子点)，具有较小的能带间隙(0.41eV，300K)和较大的激子玻尔半径(18nm)，其电子能带从可见光到近红外区域，在非线性光学装置、红外探测器、太阳能接收器和生物标记等领域具有潜在的用途。基于PbS量子点的纳米材料，其性能与微观形貌有着直接联系。由于PbS量子点为各向同性材料，制备过程中取向生长难以控制，球形纳米结构的报导相对较少。有些学者利用表面活性剂控制合成PbS零维纳米结构，如Lü等(G.J.Zhou，M.K.Lü，Z.L.Xiu，S.F.Wang，H.P.Zhang，Y.Y.Zhou，S.M.Wang.J.Phys.Chem.B 2006，110，6543)以醋酸铅为铅源、硫代乙酰铵(TAA)为硫源在表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、反应温度100℃下反应30分钟后得到球形PbS纳米粒子，但这种方法制得的球形PbS粒子粒径很大，为40～50nm(远远大于18nm)；Zhao等(X.S.Zhao，I.Gorelikov，S.Musikhin，S.Cauchi，V.Sukhovatkin，E.H.Sargent，E.Kumacheva.Langmuir 2005，21，1086.)研究发现在表面活性剂1-巯基丙三醇(TGL)和二巯基丙三醇(DTG)作用下，调节体系pH＝11.2，在很短的时间内可以迅速生成球形PbS纳米晶体，但这种方法采用的两种表面活性剂均为进口试剂，价格昂贵，不利于工业化应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种成本低、粒径小、工艺简单的水相法制备PbS球形纳米晶体的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种水相法制备PbS球形纳米晶体的方法，是将摩尔比为2～4∶10∶1～4∶1～4的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、叔十二硫醇、醋酸铅和硫化钠混合并搅拌，在50～150℃下反应2～24小时，产生黑色溶胶溶液；反应结束后，冷却至室温，离心分离，沉淀物用蒸馏水和无水乙醇依次洗涤，再将沉淀物于室温下自然晾干，得到PbS球形纳米晶体。这种PbS球形纳米晶体的粒径为5～18nm。

所述醋酸铅和硫化钠的摩尔比≥1。

CTAB∶叔十二硫醇∶醋酸铅∶硫化钠的摩尔比优选为2～3.5∶10∶3～4∶1～3。

上述反应过程中进行回流，其中反应温度在50～100℃时采用自来水回流，反应温度在＞100～150℃时采用冰水回流。

优选反应温度为100℃，反应时间为8小时。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)本发明的制备条件温和、工艺简单、成本低，可实现工业化批量生产。

(2)本发明采用叔十二硫醇和CTAB所组成的非、阳离子表面活性剂复配体系，其中，叔十二硫醇起到双重作用，既是表面活性剂，又是分散剂。这些原料均是国产工业原料，价廉易得，毒性低。

(3)本发明制备出来的PbS球形纳米晶体的晶型好，单分散，尺寸可控，而且粒径小于其Bohr半径(18nm)，量子效应明显。

(4)本发明制备的PbS球形纳米晶体性能稳定，室温下放置3个月不会产生团聚或沉淀现象。

附图说明

图1为本发明制备的PbS球形纳米晶体的XRD图。

图2为本发明制备的PbS球形纳米晶体的TEM图。

图3为本发明制备的PbS球形纳米晶体的电子衍射图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

在100mL的圆底烧瓶内分别加入蒸馏水8mL，0.1M的醋酸铅溶液4mL，0.05M的CTAB溶液7mL和叔十二硫醇0.25mL(约1.0mmol)，将以上溶液混合并置于50℃恒温油浴中搅拌均匀，再将0.1M的硫化钠溶液1mL快速注入反应器中，搅拌下用自来水分别回流2小时、8小时、16小时和24小时。反应结束后，待冷却至室温后进行离心分离(12000rpm，5min)，用蒸馏水和无水乙醇依次洗涤沉淀物，然后将所得到的沉淀物在室温下自然干燥，得到的产品为黑褐色粉末。通过X-射线衍射(XRD)(如图1所示)和电子衍射图谱(如图3所示)说明产物为PbS纳米晶；透射电镜(TEM)(如图2所示)观察产物形态为球形，单分散，粒径为5～18nm之间，随着回流时间(2～24小时)的延长，PbS纳米晶的晶型变好，尺寸增大。

实施例2

在100mL的圆底烧瓶内分别加入蒸馏水10mL，0.1M的醋酸铅溶液3mL，0.05M的CTAB溶液5mL和叔十二硫醇0.25mL(约1.0mmol)，将以上溶液混合并置于100℃恒温油浴中搅拌均匀，再将0.1M的硫化钠溶液2mL快速注入反应器中，搅拌下用自来水分别回流2小时、8小时、16小时和24小时。然后经过例1的后处理过程，得到产物形态同例1。随着回流时间(2～24小时)的延长，PbS纳米晶的晶型变好，尺寸增大。

实施例3

在100mL的圆底烧瓶内分别加入蒸馏水10mL，0.1M的醋酸铅溶液3mL，0.05M的CTAB溶液4mL和叔十二硫醇0.25mL(约1.0mmol)，将以上溶液混合并置于100℃恒温油浴中搅拌均匀，再将0.1M的硫化钠溶液3mL快速注入反应器中，搅拌下用自来水分别回流2小时、8小时、16小时和24小时。然后经过例1的后处理过程，得到产物形态同例1。随着回流时间(2～24小时)的延长，PbS纳米晶的晶型变好，尺寸增大。

实施例4

在100mL的圆底烧瓶内分别加入蒸馏水8mL，0.1M的醋酸铅溶液4mL，0.05M的CTAB溶液7mL和叔十二硫醇0.25mL(约1.0mmol)，把以上溶液混合并置于120℃恒温油浴中搅拌均匀，再将0.1M的硫化钠溶液1mL快速注入反应器中，搅拌下用冰水分别回流2小时、8小时、16小时和24小时。然后经过例1的后处理过程，得到产物形态同例1。随着回流时间(2～24小时)的延长，PbS纳米晶的晶型变好，尺寸增大。

实施例5

在100mL的圆底烧瓶内分别加入蒸馏水10mL，0.1M的醋酸铅溶液3mL，0.05M的CTAB溶液5mL和叔十二硫醇0.25mL(约1.0mmol)，把以上溶液混合并置于150℃恒温油浴中搅拌均匀，再将0.1M的硫化钠溶液2mL快速注入反应器中，搅拌下用冰水分别回流2小时、8小时、16小时和24小时。然后经过例1的后处理过程，得到产物形态同例1。随着回流时间(2～24小时)的延长，PbS纳米晶的晶型变好，尺寸增大。

实施例6.

在100mL的圆底烧瓶内加入11mLH₂O，4mL 0.1M的醋酸铅溶液，4mL0.05M的CTAB溶液和0.25mL叔十二硫醇(约1.0mmol)，将以上溶液混合并置于100℃恒温油浴中搅拌均匀，再将0.1M的硫化钠溶液1mL快速注入反应器中，搅拌下用自来水回流8小时。然后经过例1的后处理过程，得到产物形态同例1。PbS纳米晶的晶型好，单分散，粒径为8～10nm。