[发明专利]一种纳米金属硫化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米金属硫化物的制备方法，具体地说，涉及一种应用生物还原-化学沉淀耦合反应(CRBRCP)原理在水油两相体系中制备纳米金属硫化物的方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

金属硫化物是无机材料家族中的重要门类，在化学化工、国防军工、电子工业、石油工业和环境监测等领域都发挥着不可替代的作用。如ZnS、CdS和PbS都是重要的半导体材料，广泛应用于光电催化、光电转化、光敏元件和光学器件等许多方面；MoS₂、WS₂和TiS₂均具有独特的层状结构，显示出良好的润滑、催化、储能和储氢性能；SnS₂具有良好的光学和电学特性，可用作全息记录及电转换系统材料、太阳能电池材料和锂离子电池的阳极材料等；Sb₂S₃具有高光敏感性和热电性能，是利用太阳能的理想材料，在红外、热电冷却和光电子领域广泛应用。

金属硫化物的广泛应用及其纳米材料的优良性能引起了人们的普遍关注。近年来，国内外研究者开发了很多纳米硫化物的制备方法，如化学气相沉积法、电化学沉积法、分子束取向附生法、喷雾高温分解法、溶剂热法、固态反应法、机械化学法以及元素直接合成法等。以上所述的这些方法有的的制备条件严苛需要高温高压，有的制备过程繁琐，有的还要用到有毒气体H₂S。

近年来，研究者将经济、绿色、安全和低耗的微生物技术引入无机纳米材料制备，提出应用生物还原-化学沉淀耦合反应制取纳米金属硫化物的新方法， 即用硫酸盐还原菌(SRB)将SO₄^2-还原为S^2-，S^2-随即与培养液中的特定金属离子发生耦合沉淀反应生成纳米金属硫化物，并通过络合剂的加入提高了金属离子的浓度、金属硫化物的收率以及生成产物的纯度。

目前，对于在培养液中不易水解，能稳定存在的金属离子，如Zn²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺和Fe²⁺等，研究者已用生物还原-化学沉淀耦合反应成功制备了纳米ZnS、CdS、PbS和FeS等。但是，对于在培养液中易于水解，不能稳定存在的金属离子，如Mo⁴⁺、W⁴⁺、Ti⁴⁺、Sn⁴⁺和Sb³⁺等，用生物还原-化学沉淀耦合反应制备相应的纳米金属硫化物存在很大困难，因为这类金属离子在培养液中水解不但会导致非目标沉淀物氢氧化物或氧化物的生成，而且会导致培养液酸化并最终导致硫酸盐还原菌菌株生长受损和目标材料纳米金属硫化物制备失败。

发明内容

针对在在培养液中易于水解的金属离子会导致非目标沉淀物氢氧化物和氧化物的形成以及培养液酸化，以致用生物还原-化学沉淀耦合反应难以制备相应纳米金属硫化物的缺陷，本发明的目的是提供一种纳米金属硫化物的制备方法。所述制备方法通过将有机相(油相)引入培养液(水相)，形成水油两相反应体系，解决了易水解的不稳定金属离子难以用生物还原-化学沉淀耦合反应方法制备相应纳米金属硫化物的难题。其中，所述水相为培养液，所述油相为有机相。在水相中，借助硫酸盐还原菌的还原作用将SO₄^2-转化为S^2-；在油相中，易水解金属离子的前躯体金属盐溶解为金属离子，成功避免了易水解金属离子向水相的转移和水解，而且所述金属盐可以缓慢地释放金属离子并在水油两相界面处与水相中生成的S^2-发生耦合沉淀反应，生成目标产物纳米金属硫化物，所述目标产物最终沉积于水油两相反应体系底部。整个反应过程简单、高效、低耗、 安全并且环境友好。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种纳米金属硫化物的制备方法，具体制备步骤如下：

(1)将硫酸盐还原菌接种到S^2-生成培养液(水相)中，得到溶液A；