[发明专利]一种水相法制备PbS球形纳米晶体的方法

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