[发明专利]一种制备金属硫属元素化物颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备金属硫属元素化物颗粒的方法，属于金属硫属元素化物颗粒制备领域。

技术背景

近年来，纳米级金属硫属元素化物材料广泛用于生物标记、非线性光学材料、发光二极管、光电探测器、催化剂、化学传感器和紫外防护涂层等领域，因此被广泛关注。已知的制备金属硫属元素化物纳米材料的方法包括在如微乳液或聚合物基底等特定的介质中进行反应，问题是很难产生均一粒径的颗粒。

虽然已经有大量合成结晶型金属硫属元素化物方法，但大规模合成或批量生产纳米级金属硫属元素化物颗粒的方法仍然是个挑战。通常金属硫属元素化物也可以由湿法合成，如溶胶-凝胶法、共沉淀法和水热法。

广泛使用的溶胶-凝胶法或共沉淀法是基于金属卤化物或金属醇盐在水溶液中水解和缩合反应。然而这些方法有一些主要缺点，例如，合成的颗粒是无定型的，需要后续热处理使颗粒结晶。然而，附加的步骤会引起颗粒改变、增长、甚至破坏颗粒形貌等问题。水相体系反应的缺点是很难控制反应的参数，例如金属醇盐水解率、pH值、混合方法、氧化率或硫化率、阴离子属性和浓度。而且，需要高温(大于500℃)焙烧或水热处理中间产物得到结晶型金属硫属元素化物。这种方法导致的负面影响是在处理过程中颗粒会形成微米级团聚体颗粒，通过研磨仅能部分破碎成一次粒子，颗粒很难通过研磨使得所有粒子回复到初始粒径。

已知方法存在的另一个问题是纳米颗粒在分散介质中物理稳定性差。在这些反应过程中，产生金属硫属元素化物颗粒沉淀的化学反应必然会带来副产物。副产物清除不完全会影响纳米颗粒在介质中的单分散性能，从而造成非纯金属硫属元素化物颗粒团聚。而且，即使形成了纯的金属硫属元素化物颗粒，也很难除去其中的杂质。鉴于以上提到的金属硫属元素化物颗粒分散性差的问题，近期发表文献中提到的合成方法都致力于提高金属硫属元素化物颗粒物理稳定性。然而，制得的能够稳定的金属硫属元素化物颗粒悬浮液的固含量与理想值相差很远，一般小于5％，使颗粒悬浮液储存效率低。

因此需要发明一种能够将副产物与金属硫属元素化物颗粒分离、制备高浓度单分散金属硫属元素化物颗粒分散体、并能克服或改善上述提到方法的缺点。

因此有必要提供高固含量、单分散金属硫属元素化物颗粒，并且克服或改善上述提到的缺点。

发明概述

第一方面，本发明公开了一种制备金属硫属元素化物颗粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将金属盐溶液与沉淀剂溶液在一定条件下进行反应，形成金属硫属元素化物颗粒及副产物；

用表面活性剂包覆合成的金属硫属元素化物颗粒；

将表面包覆的金属硫属元素化物颗粒与副产物分离，得到不含杂质的金属硫属元素化物颗粒。

由于上述反应步骤中所选择的条件和表面活性剂包覆层，副产物与金属硫属元素化物颗粒可被有效分离。通过洗涤或者液-液相转移方法使金属硫属元素化物颗粒和副产物分离。

在一个实施例中，分离步骤包括：

使用液-液相转移方法将副产物与金属硫属元素化物颗粒分离，其中一种水相液体和另一种有机相液体是不相溶的。

在一个实施例中，采用液-液相转移方法进行分离，金属硫属元素化物颗粒引入有机相中，副产物留在水相中。

在一个实施例中，提供了一种根据第一方面所述的制备金属硫属元素化物颗粒的方法，反应是在小于100℃下进行的。这减小了生产成本和由于高温造成的设备损耗速率。

在一个实施例中，提供了一种根据第一方面所说的制备金属硫属元素化物颗粒的方法，得到的表面活性剂包覆的金属硫属元素化物颗粒进入有机相，与主要是离子型存在的副产物分离，从而形成在上述有机相中单分散的金属硫属元素化物颗粒。更为有利的是，包覆有表面活性剂的金属硫属元素化物颗粒在有机相中可以完全不受离子型副产物影响而团聚，因此可以在有机相中以单分散状态存在。

加入表面活性剂能改变金属硫属元素化物颗粒表面性能，和没有包覆表面活性剂的颗粒相比，可以相对减小或者消除颗粒团聚。

在另一个实施例中，提供了一种根据第一方面所述制备金属硫属元素化物颗粒的方法，通过洗涤，将包覆表面活性剂的金属硫属元素化物颗粒与离子型的副产物分离。例如，另一种溶剂会被加入到被表面活性剂包覆的金属硫属元素化物颗粒悬浮液中，使副产物溶解在这种溶剂中，而金属硫属元素化物颗粒保持稳定。至少溶解部分副产物的介质/溶剂体系被从金属硫属元素化物颗粒中除去后，可以使得表面活性剂包覆的金属硫属元素化物颗粒单分散在极性溶剂中。