[发明专利]单斜晶相稀土异氧硫超细纳米线和线基超结构的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土异氧硫纳米材料的合成方法，特别涉及一种新颖的单斜晶相稀土异氧硫（Ln₂OS₂，Ln = Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb）超细纳米线和纳米线基超结构的可控合成方法。

背景技术

尺寸和维度是影响纳米材料物理、化学性质的两个重要几何结构参数。在各种纳米结构中，1D纳米线（直径小于100纳米的圆柱状结构）由于径向的高度限域和轴向的优先生长，其电子态密度不同于0D，2D和3D纳米结构，因而具有不同于其它纳米结构的独特的物理化学性质，在电子、催化、传感和环境降解等领域有潜在的应用前景。

近年来，合成直径小于10 nm的超细纳米线和纳米线基超结构引起了许多科学家的兴趣和关注。这是因为随着纳米线直径的急剧减小，其表面原子比例急剧增加，电子态密度发生明显变化，表面效应和量子效应将变得更加显著，有利于外来物种的吸附和纳米线间电子的耦合与通讯，有可能出现增强的或新的催化、传感和光电性能。

通常，纳米线的合成主要采用模板法、液液界面合成法、化学气相沉积法（CVD）以及液相催化生长法等。但是，用上述方法很难合成出直径小于10纳米的超细纳米线。因而，探索新的、可重复的、普适的方法合成超细纳米线及纳米线基超结构，并研究它们的理化性能具有重要的意义。

作为一类重要的功能材料，稀土异氧硫化合物有着优异的荧光性质，在辐射增强屏(RIS)、计算机X射线断层成像（CT）、氧存储及医学影像辐射检测等领域有重要的商业应用价值。根据氧硫比例的不同，稀土异氧硫化合物可分为两大类。一类是正交晶相的Ln₂O₂S(Ln = Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb)，另一类是单斜晶相的Ln₂OS₂。目前，虽然有稀土异氧硫化合物纳米结构，如纳米粒子、纳米片（nanoplate）、纳米片组装成的超晶格以及纳米棒、纳米线等的报导，但是所得产物主要是正交晶相的Ln₂O₂S。据我们所知，单斜晶相的Ln₂OS₂纳米结构还没有被有效合成出来。其原因可能是由于O和S的离子半径不同，稀土离子对O有极强的亲和能力，而对S亲和能力相对较弱，在水体系或富氧环境中易得到Ln₂O₃或Ln₂O₂S，较难得到Ln₂OS₂。相对于Ln₂O₂S来说，Ln₂OS₂中的S原子比例增加，导致其晶格对称性急剧降低。根据朗道对称性破缺理论，Ln₂OS₂有可能出现不同于Ln₂O₂S的理化性能。

本发明中，在溶液中热处理稀土硝酸盐（Ln(NO₃)₃·xH₂O和硫脲固体，在较温和的条件下可控合成了12种单斜晶相的稀土异氧硫Ln₂OS₂（Ln = Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb）超细纳米线及纳米线基超结构。单斜晶相的Ln₂OS₂超细纳米线及纳米线基超结构在近紫外光激发下可发射出较强的白光，可作为未来照明技术领域中理想的固体光源替代材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单斜晶相稀土异氧硫Ln₂OS₂（Ln = Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Yb）超细纳米线和纳米线基超结构的可控合成方法，利用固液相化学反应路线，使Ln₂OS₂的成核和生长分开，在结构导向试剂辅助下，通过控制生长环境和生长动力学过程，得到单斜晶相Ln₂OS₂超细纳米线及纳米线基超结构，开发出一类新的、发射白光的固体光源材料。

本发明采用的技术方案如下：

一种单斜晶相稀土异氧硫超细纳米线和纳米线基超结构的合成方法，其特征在于：在脂肪酸、脂肪胺和十八碳烯组成的混合溶剂中，将稀土金属硝酸盐固体和硫脲固体加热升温至180-200℃进行固液相反应，反应产物分离后制得目的物；