[发明专利]基于ZnS的针状纳米结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的异质结构和空心结构纳米材料的制备，特别是涉及 一种针尖状的ZnS/ZnO壳芯异质结构及针尖状ZnS空心纳米结构的制备方法。

背景技术

一维ZnO纳米结构是一种典型的II-VI族半导体材料，也是一种优异的压 电材料，广泛应用于光学、电学、以及纳米极化电子器件等领域。另一方面， 基于一维ZnO的壳芯异质结构不仅同时具备二者的优异性能以及因耦合作用 带来的新的特性，还可以利用壳层的包覆作用抑制表面缺陷对于电子性质的影 响，极大地提高光电效率。制备特殊形貌的一维ZnO纳米结构及其衍生结构， 特别是具有针尖状形貌的结构，对于制备场发射电子器件及电子探针有重要的 意义。虽然目前人们已经制备出基于ZnO的零维及一维异质结构，如ZnS/ZnO， CdS/ZnO，Ag2S/ZnO，CuS/ZnO，以及ZnSe/ZnO异质结构，但是基于ZnO的针 状壳芯异质结构目前仍鲜有报道。另外一方面，空心纳米结构因其具有很高的 比表面积，在催化及能量存储方面有潜在的应用，一般地通过模板法、水热/ 溶剂热法、气相蒸发法以及Kirkendall效应制备空心结构的纳米球、纳米管等， 而对于针尖状的空心结构尚未有相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ZnS的针状纳米结构的制备方法。本发明 是通过如下技术方案来实现的：该方法采用金属锌片、六水合硝酸锌 (Zn(NO3)2·6H2O)、氢氧化钾(KOH)、硫代乙酰胺(CH3CSNH2)、无水乙 醇(C2H5OH)和去离子水为原料，并按照如下步骤进行：

制备ZnS/ZnO异质结构，采用如下步骤：

a.在室温下，将金属锌片用砂纸打磨光滑后置于无水乙醇溶液中，超声处 理后取出晾干；将Zn(NO3)2·6H2O和KOH分别溶解在去离子水中，不断搅拌， 制成溶液，在不断搅拌的条件下将Zn(NO3)2·6H2O溶液逐滴滴加到KOH溶液 中；将锌片悬浮在上述混合溶液中，在20℃条件下反应10h；反应完毕后取 出锌片，用饱和KOH溶液、去离子水和无水乙醇清洗若干遍，在室温下干燥；

b.将CH3CSNH2溶解在去离子水中，不断搅拌，制成1.5M的溶液，将 a中所得锌片置于该溶液后，转移到含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜内，密 封。在60℃～100℃条件下反应5h后取出锌片，用去离子水和无水乙醇清洗 若干遍，在室温下干燥即可。

制备ZnS空心纳米结构，采用如下步骤：

a.在室温下，将金属锌片用砂纸打磨光滑后置于无水乙醇溶液中，超声处 理后取出晾干；将Zn(NO3)2·6H2O和KOH分别溶解在去离子水中，不断搅拌， 制成溶液，在不断搅拌的条件下将Zn(NO3)2·6H2O溶液逐滴滴加到KOH溶液 中；将锌片悬浮在上述混合溶液中，在20℃条件下反应10h；反应完毕后取 出锌片，用饱和KOH溶液、去离子水和无水乙醇清洗若干遍，在室温下干燥；

b.将CH3CSNH2溶解在去离子水中，不断搅拌，制成1.5M的溶液，将 a中所得锌片置于该溶液后，转移到含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜内，密 封。在100℃～150℃条件下反应5h后取出锌片，用去离子水和无水乙醇清洗 若干遍，在室温下干燥即可

本发明的有益效果是：反应在温和地条件下进行(60℃～150℃)，所用原 料易得，制备方法简便，产率较高；通过改变反应参数，可以方便地得到针状 的ZnS/ZnO异质结构及ZnS空心纳米结构，该结构可应用于场发射电子器件、 电子探针及光催化等领域。

附图说明

图1为原始态针状ZnO纳米结构的透射电镜照片；

图2a是实施例1的针状ZnS/ZnO壳芯异质结构透射电镜照片；

图2b是实施例1的针状ZnS/ZnO壳芯异质结构针尖部位的能散X射线谱；

图2c是实施例1的针状ZnS/ZnO壳芯异质结构底端部位的能散X射线谱；

图3a是实施例2的针状ZnS空心纳米结构的透射电镜照片；

图3b是实施例2的针状ZnS空心纳米结构底端部位的能散X射线谱；

图3c是实施例2的针状ZnS空心纳米结构针尖部位的能散X射线谱。

具体实施方式

实施例1：针状ZnS/ZnO壳芯异质结构的制备