[发明专利]一种树枝状硫纳米结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种树枝状硫纳米结构的制备方法。

背景技术

非金属元素硫是典型的电子和离子绝缘体，硫元素的氧化数可以从-2到+7， 假设每个硫原子电子转移数为2，利用Li₂S和S之间的可逆变换，可广泛应用于 Li/S二次电池。其比容量高达1675mAh/g，理论电压2.287V，理论能量密度达 3824Wh/kg，是目前所了解的正极材料中比容量最高的。

最近，大量的硫纳米材料被制备出来，包括纳米带、纳米线、纳米棒和空心 硫微球。作为一种特殊的超分子结构，树枝状纳米结构有许多特性，如大的表 面面积，极好的连通性等，制备树枝状纳米粒子并把其引入材料制造业将获益 匪浅。树枝状纳米结构作为一种一维纳米结构的复杂结构，是一种等级结构， 在细胞质基因、生物传感器和催化剂方面有潜在的应用。一般在非平衡态的生 长过程中可以观察到树枝状结构。

树枝状硫纳米结构可作为模版和反应介质，用于合成其它无机树枝状硫化 物纳米材料，如CuS、CdS、CdS、ZnS和PbS等。这类材料可广泛用于太阳能电池、 光水解制氢、传感器等诸多领域。但目前尚无简单有效的树枝状硫纳米结构的 制备方法。

发明内容

本发明目的就是提供一种树枝状硫纳米结构的制备方法，该方法设备简单， 能耗低，适合大规模生产；同时用该法制备的树枝状硫纳米结构可作为模版和 反应介质用于合成其它无机树枝状硫化物纳米材料，如CuS、CdS、CdS、ZnS 和PbS等，合成步骤少，操作简单，制得物性能优良。

本发明实现其发明的目所采用的技术方案是：一种树枝状硫纳米结构的制 备方法，其具体作法是：

a、配制混合溶液

配制五水硫代硫酸钠的浓度为0.1-0.125mol/L、六水合硝酸锌、六次甲基 四胺浓度相同且范围为0.00625-0.007mol/L的混合溶液；

b、加热

取混合溶液于100-150℃下保温2-2.5小时；

c、超声过滤

将b步反应后所得的溶液超声5-8分钟，过滤，取滤液滴在透射电镜专用 的喷碳铜网上，干燥后即得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用液相沉淀法，以无机盐为硫源，以六次甲基四胺作稳定剂， 硝酸锌提供H⁺，在100-150℃下反应：S₂O₃^2-+H⁺→HSO₃^-+S↓。同时，六次 甲基四胺分子作为表面活性剂对沉淀的硫进行包覆，使其按照非平衡态的生长 过程，形成稳定的树枝状纳米结构。

本发明方法在低温液态下反应，操作简单，反应温和，耗能小，对设备无 特殊要求，适合大规模生产。实验证明，制得的树枝状硫纳米结构漂亮，为不 含杂质的纯硫，树枝的直径在50-100纳米左右。

制得的树枝状硫纳米结构，可为其它硫化物提供树枝状模板，直接合成CuS、 CdS、ZnS和PbS等树枝状纳米结构。合成完成后不需进行去掉模板的反应操作， 既使其制备过程简单，也使制得物的结构确定、可控，性能稳定。这些树枝状 硫及硫化物纳米结构具有广泛的用途，如用作高比容量的Li/S电池的树枝状纳 米正极材料、太阳能电池、光解水制氢等。

下面结合附图和具体的实施方式，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明实施例一制备的树枝状硫纳米结构的透射照片(TEM)。

图2是本发明实施例一制备的树枝状硫纳米结构的能谱分析照片(EDAX)。

图3是本发明实施例二制备的树枝状硫纳米结构的透射照片(TEM)

具体实施方式

实施例一

一种树枝状硫纳米结构的制备方法，其具体作法是：

a、配制混合溶液

配制五水硫代硫酸钠的浓度为0.1mol/L、六水合硝酸锌、六次甲基四胺 浓度均为0.00625mol/L的混合溶液；

b、加热

取混合溶液于100℃下保温2小时；

c、超声过滤

将b步反应后所得的溶液超声5分钟，过滤，取滤液滴在透射电镜专用的 喷碳铜网上，干燥后即得。