[发明专利]一种CdS/LDHs纳米透明复合薄膜材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米薄膜材料技术领域，具体涉及一种CdS/LDHs纳米透明复合薄膜材料的制备方法。

背景技术

CdS纳米薄膜材料具有显著的量子尺寸效应，在太阳能电池、成像和显示技术、光催化以及传感器件等领域具有潜在的应用优势，因而受到广泛关注。CdS纳米粒子与其他基质复合，有助于提高CdS光电性能，拓展了CdS材料的应用领域，因而CdS纳米复合薄膜成为近年来的研究热点。文献[A.Samokhvalov，Richard W.Gurney，M.Lahav，andR.Naaman，J Phys.Chem.B，2002，106：9070-9078]报道了包含CdS纳米粒子的LB复合薄膜。但LB膜热稳定性较差，且制备的纳米粒子易发生团聚。CdS纳米粒子与介孔材料复合制备的薄膜，具有良好的化学稳定性和抗热性能，文献[Cenk Tura，Neil Coombs，andDag，Chem.Mater.2005，17，573-579]报道了CdS/介孔硅复合薄膜，然而介孔硅与半导体纳米粒子间协同效应差，制备的CdS纳米粒子容易分解。

水滑石(层状双金属复合氢氧化物Layered Double Hydroxides，简写为LDHs)是一类阴离子型层状功能材料。此类材料特殊的结构及物化性能使其在光学、电学、磁学、催化及医药等领域有着广泛的应用。半导体纳米粒子与LDHs复合的粉体材料已成功制备(见中国专利申请200510086349.2)，但粉体材料存在着易流失、回收困难、不透明等缺点。CdS纳米粒子插层LDHs透明复合薄膜的制备可以克服上述缺点，使其在催化及传感器等领域的应用成为可能。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种CdS/LDHs纳米透明复合薄膜材料的制备方法。利用LDHs的层间离子可交换性、层间限域效应及其薄膜的各向异性，制备Cd有机酸配合物阴离子插层LDHs透明薄膜，通过气固相反应在LDHs薄膜层间合成CdS纳米粒子，调变通入H₂S气体的时间，可制得CdS纳米粒子粒径可调的纳米透明复合薄膜材料。

本发明的CdS/LDHs纳米透明复合薄膜材料的制备步骤如下：

A.利用成核/晶化隔离法在全返混旋转液膜反应器中制备粒径分布均匀，层板二价、三价阳离子摩尔比M²⁺/M³⁺＝2～3，层间阴离子为NO₃^-的LDHs前体；将Cd有机酸配合物与LDHs在100～150℃下反应4～24h，产物用去CO₂水充分洗涤、离心，得到Cd有机酸配合物插层LDHs浆液。

B.将厚度为1mm的石英片，先用5％的盐酸超声清洗5～10min，再用铬酸洗液浸泡24h；用去离子水超声清洗5～10min除去表面污垢，再用无水乙醇洗涤2～3次，烘干备用。

C.将Cd有机酸配合物插层LDHs浆液用去CO₂水配制成0.1～0.5g/ml悬浮液，搅拌0.5～2h，在20～60℃下蒸发溶剂(见中国专利申请200510130781.7)，得到石英片支撑的Cd有机酸配合物插层LDHs复合薄膜。

D.将步骤C制得的薄膜平铺于反应装置中，通入H₂S气体10～200min(H₂S气体的流速为优先选择50～100ml/min)，产物在N₂气氛中保留1～12h小时，可得到CdS纳米粒子插层LDHs透明复合薄膜材料。

本发明所述的LDHs主体层板选择二价金属阳离子Mg²⁺、Ca²⁺中的任何一种与三价金属阳离子Al³⁺、Cr³⁺中的任何一种组合。

所述的有机酸配体选择氨羧络合剂或羟羧络合剂；制备得到的Cd有机酸配合物带有负电荷，在pH＝6～9范围内能够稳定存在于溶液中。所述的氨羧络合剂或羟羧络合剂包括：乙二胺四乙酸、柠檬酸、氨三乙酸、环己二胺四乙酸。