一步法相控合成SnS、SnS₂或SnS/SnS₂異質(zhì)結納米晶材料的方法

專利名稱：一步法相控合成SnS、SnS₂或SnS/SnS₂異質(zhì)結納米晶材料的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于硫錫化合物納米半導體材料制備領域，特別涉及一種一步法相控合成SnS> SnS2或SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶材料的方法。
背景技術：
石油、煤炭、天然氣等礦物資源的大量使用及其儲量的日益枯竭，使的當今世界能源危機和環(huán)境問題日益凸顯。太陽能由于永不枯竭，綠色無污染，無地域限制等眾多優(yōu)點，被認為是最理想的能源，太陽能電池的研究也受到前所未有的追捧。光催化技術是一種在能源和環(huán)境領域有著重要應用前景的綠色技術，能有效治理水污染，凈化空氣，抗菌防霉
坐·寸ο硫錫化合物納米材料，特別是SnS和SnS2,是一類非常重要的半導體材料，能夠用于制備薄膜半導體太陽能電池以及光催化應用治理水中有機污染物。Sn、S兩種元素地球含量豐富、對環(huán)境無危害，無毒；而且SnS的帶隙在I. 12-1. 43eV之間，與太陽光非常匹配，并且具有非常大的光學吸收系數(shù)(IO5CnT1)5SnS2的帶隙處在2. 18-2. 44eV之間，較寬的帶隙使之具有良好的光學和電學特性。因此SnS，SnS2作為具有光電和光催化應用前景的材料，已經(jīng)引起很多科學家的興趣。制備硫錫化合物納米材料的方法有很多，如溶劑熱法，化學氣相沉積法，微波輔助生長法，熱解法等。但之前文獻所報道的都只能單一合成SnS或SnS2,通過簡單的一步法相控合成SnS、SnS2及SnS/SnS2異質(zhì)結材料仍然是一種挑戰(zhàn)。異質(zhì)結的材料能夠增強光響應強度，增強光電轉(zhuǎn)換性能，具有單一材料無法比擬的優(yōu)勢。所以發(fā)展簡單有效的方法制備純相的SnS和SnS2及其異質(zhì)結材料具有巨大的潛在應用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的所要解決的技術問題是提供一種一步法相控合成SnS、SnS2或SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶材料的方法，該方法對設備要求低、操作簡單、容易規(guī)?；噎h(huán)保，合成的SnS、SnS2及SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶材料,用于太陽能光伏電池和光催化領域。本發(fā)明的一種一步法相控合成SnS、SnS2或SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶材料的方法,包括(I)前驅(qū)體的合成將Sn鹽溶解在乙醇中，Sn鹽與乙醇的配比為Immol Γ2πι1,配成A溶液，將二乙基二硫代氨基甲酸鈉溶于乙醇中，二乙基二硫代氨基甲酸鈉與乙醇的配比為2mmol f 2ml，配成B溶液，然后將所配好的A溶液全部滴加到B溶液中，攪拌f 2小時，抽濾，洗滌，得到Sn的有機前驅(qū)體，真空干燥備用；(2)SnS、SnS2或SnS/SnS2異質(zhì)結的相控合成取上述Sn的有機前驅(qū)體，加入油胺，再加入CS2溶液，有機前驅(qū)體、油胺、CS2溶液的配比為O. 2025g 4mL :(Γ300 μ L，將混合物轉(zhuǎn)移至油胺中，在磁力攪拌、氮氣保護下加熱升溫，除去水和溶解的氧氣；然后繼續(xù)升溫至2800C 320°C，反應IOlOmin后，自然冷卻至室溫，將所得的沉淀用過量的乙醇洗滌分離，即得到所需要的納米晶。所述步驟(I)中的Sn鹽為SnCl2 · 2H20。所述步驟(I)中的洗滌為水洗三次，乙醇洗兩次。所述步驟(2)中的加熱升溫具體為升溫至120°C并保溫半個小時。所述步驟(2)中的納米晶為SnS、SnS2或SnS/SnS2納米晶。所述步驟(2)中的Sn的有機前驅(qū)體油胺=CS2溶液=0. 2025g 4mL :0 μ L得到SnS納米晶；0. 2025g 4mL :1 μ L < Sn的有機前驅(qū)體油胺CS2溶液< O. 2025g 4mL :300 μ L時得到SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶；Sn的有機前驅(qū)體油胺=CS2溶液彡O. 2025g 4mL :300 μ L時得到SnS2納米晶。本發(fā)明用簡單的相控合成方法制備硫錫化合物納米半導體材料，本發(fā)明中以熱解·的Sn2+的含硫前驅(qū)體二乙基二硫代氨基甲酸錫為金屬和硫源，采用改變CS2的添加量來相控合成SnS、SnS2或SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶。有益.效果本發(fā)明用簡單的實驗裝置即可制備SnS、SnS2*SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶，產(chǎn)物可制成“納米晶墨水”用于制備太陽能薄膜電池，也可用于光催化有機污染物；該反應各種溶劑均對環(huán)境友好，無高毒性物質(zhì)產(chǎn)生、原材料來源廣泛、價格低廉、操作過程簡便、無設備要求等優(yōu)點，并且容易實現(xiàn)大規(guī)模制備，是一種具有非常廣闊應用前景的制備方法。


圖I是本發(fā)明制備的SnS (a)，SnS/SnS2 (b)，SnS2 (c)納米晶的SEM圖片。圖2是本發(fā)明制備的SnS，SnS2, SnS/SnS2納米晶的XRD圖譜，線狀圖為制備的SnS, SnS2, SnS/SnS2的XRD圖譜，柱狀圖為SnS, SnS2的標準XRD圖譜。
具體實施例方式實施例I(I)前驅(qū)體的合成將IOmmol的SnCl2 ·2Η20溶解在IOmL乙醇中，配成A溶液。將20mmol的二乙基二硫代氨基甲酸鈉溶于IOmL的乙醇中，配成B溶液。然后將所配好的A溶液全部滴加到B溶液中，攪拌I小時。抽濾,水洗三次，乙醇洗兩次,真空干燥備用。(2) SnS、SnS2, SnS/SnS2異質(zhì)結的相控合成稱取O. 2025g Sn的有機前驅(qū)體于小樣品管中，加入4ml的油胺，加入OyL CS2溶液。將樣品管中的混合物轉(zhuǎn)移至有15ml油胺的三口燒瓶中，在磁力攪拌，氮氣保護下緩慢加熱升溫至120°C并保溫半個小時，除去水和溶解的氧氣。然后繼續(xù)升溫至280°C。反應30min后，自然冷卻至室溫。將所得的沉淀用過量的乙醇洗滌分離，即得到SnS納米晶。實施例2(I)前驅(qū)體的合成將IOmmol的SnCl2 ·2Η20溶解在IOmL乙醇中，配成A溶液。將20mmol的二乙基二硫代氨基甲酸鈉溶于IOmL的乙醇中，配成B溶液。然后將所配好的A溶液全部滴加到B溶液中，攪拌2小時。抽濾，水洗三次，乙醇洗兩次,真空干燥備用。(2) SnS、SnS2, SnS/SnS2異質(zhì)結的相控合成稱取O. 2025g Sn的有機前驅(qū)體于小樣品管中，加入4ml的油胺，加入225 μ L CS2溶液。將樣品管中的混合物轉(zhuǎn)移至有15ml油胺的三口燒瓶中，在磁力攪拌，氮氣保護下緩慢加熱升溫至120°C并保溫半個小時，除去水和溶解的氧氣。然后繼續(xù)升溫至300°C。反應20min后，自然冷卻至室溫。將所得的沉淀用過量的乙醇洗滌分離，即得到SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶。實施例3(I)前驅(qū)體的合成將IOmmol的SnCl2 ·2Η20溶解在IOmL乙醇中，配成A溶液。將20mmol的二乙基二硫代氨基甲酸鈉溶于IOmL的乙醇中，配成B溶液。然后將所配好的A溶液全部滴加到B溶液中，攪拌3小時。抽濾，水洗三次，乙醇洗兩次,真空干燥備用。(2) SnS、SnS2, SnS/SnS2異質(zhì)結的相控合成稱取O. 2025g Sn的有機前驅(qū)體于小樣品管中，加入4ml的油胺，加入300 μ L CS2溶液。將樣品管中的混合物轉(zhuǎn)移至有15ml油胺的三口燒瓶中，在磁力攪拌，氮氣保護下緩慢加熱升溫至120°C并保溫半個小時，除去水 和溶解的氧氣。然后繼續(xù)升溫至320°C。反應IOmin后，自然冷卻至室溫。將所得的沉淀用過量的乙醇洗滌分離，即得到SnS2納米晶。
權利要求
1.一種一步法相控合成SnS、SnS2或SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶材料的方法,包括 (1)前驅(qū)體的合成將Sn鹽溶解在乙醇中，Sn鹽與乙醇的配比為lmmol:f2ml，配成A溶液，將二乙基二硫代氨基甲酸鈉溶于乙醇中，二乙基二硫代氨基甲酸鈉與乙醇的配比為2mmol 2ml，配成B溶液，然后將所配好的A溶液全部滴加到B溶液中，攪拌f 2小時，抽濾，洗滌，得到Sn的有機前驅(qū)體，真空干燥備用； (2)SnS、SnS2*SnS/SnS2異質(zhì)結的相控合成取上述Sn的有機前驅(qū)體，加入油胺，再加入CS2溶液，有機前驅(qū)體、油胺、CS2溶液的配比為O. 2025g 4mL :(Γ300 μ L，將混合物轉(zhuǎn)移至油胺中，在磁力攪拌、氮氣保護下加熱升溫，除去水和溶解的氧氣；然后繼續(xù)升溫至2800C 320°C，反應IOlOmin后，自然冷卻至室溫，將所得的沉淀用過量的乙醇洗滌分離，即得到所需要的納米晶。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種一步法相控合成SnS、SnS2或SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶材料的方法，其特征在于所述步驟(I)中的Sn鹽為SnCl2 · 2H20。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種一步法相控合成SnS、SnS2或SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶材料的方法，其特征在于所述步驟(I)中的洗滌為水洗三次，乙醇洗兩次。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種一步法相控合成SnS、SnS2或SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶材料的方法，其特征在于所述步驟(2)中的加熱升溫具體為升溫至120°C并保溫半個小時。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種一步法相控合成SnS、SnS2或SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶材料的方法，其特征在于所述步驟(2)中的納米晶為SnS、SnS2或SnS/SnS2納米晶。
6.根據(jù)權利要求I所述的一種一步法相控合成SnS、SnS2或SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶材料的方法，其特征在于所述步驟(2)中的Sn的有機前驅(qū)體油胺=CS2溶液=0. 2025g 4mL OuL得到SnS納米晶；0. 2025g 4mL :1 μ L < Sn的有機前驅(qū)體油胺=CS2溶液< O. 2025g 4mL 300 μ L時得到SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶；Sn的有機前驅(qū)體油胺=CS2溶液彡O. 2025g 4mL 300 μ L時得到SnS2納米晶。
全文摘要
本發(fā)明提供一種一步法相控合成SnS、SnS2或SnS/SnS2異質(zhì)結納米晶材料的方法，包括以二乙基二硫代氨基甲酸錫為Sn的有機前驅(qū)體，利用在前驅(qū)體中改變CS2的添加量來相控合成SnS、SnS2或SnS/SnS2納米晶；反應物先在120℃條件下恒溫半小時，然后將溫度升高至280℃~320℃，反應10~30min；反應結束后，離心即可得到相應的硫錫化合物納米晶。本發(fā)明對設備要求低，操作比較簡單，成分比較容易控制，而且可以規(guī)?；a(chǎn)，為硫錫化合物在薄膜太陽能電池和光催化中的應用提供一種更好的制備技術。
文檔編號C01G19/00GK102897827SQ20121037993
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權日2012年10月9日
發(fā)明者胡俊青, 胡向華, 陳志鋼, 蔣林, 薛亞芳, 劉倩, 彭彥玲, 宋國勝, 李文堯 申請人:東華大學