[发明专利]硫化锌微米空心球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空心球及制法，尤其是一种硫化锌微米空心球及其制备方法。

背景技术

硫化锌(ZnS)是典型的直接带隙、短波长II-VI族半导体材料。其带隙较宽，激子作用在室温下就很明显，比较适合制作光电子器件，如高密度信息读写器件、全色显示器件、光电转换器件、非线性光学器件、水下通讯器件、生物及医学工程器件等。同时，ZnS在红外波段具有较高的红外透过性能和优异的光、热性质，是良好的飞行器和激光窗口材料。另外，纳米ZnS具有气敏特性，对硫化氢有着较高的灵敏性和选择性，可以用作传感器件。ZnS还具有优异的光催化性能，可用于降解CO₂。由于其重要的应用价值，不同结构的ZnS的合成一直是研发的热点。

目前，已合成有多种形态的ZnS结构，如纳米粉体、纳米棒、纳米片、纳米带等。空心球结构由于其特殊的结构和表面性质引起了人们广泛的注意，它在药物工程、化妆品、生物科技、光催化及光子器件等多方面具有重要的应用价值。为此，人们做出了不懈的努力，试图制备纳米或微米级的硫化锌空心球，如在2005年2月出版的《高等学校化学学报》第26卷第2期中“三元添加剂水溶液体系合成亚微米硫化锌空心球”一文曾公开了一种硫化锌空心球及其合成方法。它意欲利用仿生合成的方法来得到硫化锌空心球。合成时，先后将聚乙二醇、甲基丙烯酸、盐酸和十二烷基磺酸钠相混合，然后再向其中加入氯化锌和硫代乙酰铵进行反应24小时，之后，将反应液冷却、过滤、洗涤和干燥，获得球径为300～400nm、球壳厚度为50nm的硫化锌空心球，该空心球的球壳是由直径为15nm的粒子组成蠕虫状或短棒状后，无序地相互融合而形成的。但是，这种空心球及其合成方法均存在着不足之处，首先，构成球壳的棒状物不是呈有序的排列，而是杂乱无章地堆积后构成壳体，这可能会对硫化锌纳米效应的可控性产生不利的影响；其次，合成方法需用较多的原料，且工艺较繁杂，易污染环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种空心球壳由纳米棒阵列构成的硫化锌微米空心球。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种制备方法简便的硫化锌微米空心球的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：硫化锌微米空心球包括硫化锌，特别是所说硫化锌为微米空心球状，所说微米空心球的球径为0.7～6.5μm、球壳由纳米棒阵列构成，所说纳米棒阵列的棒轴线指向所说微米空心球的球心，所说纳米棒的棒长为100～400nm、棒径为50～200nm。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：硫化锌微米空心球的制备方法包括水热法，特别是它是按以下步骤完成的：第一步，将硝酸锌(Zn(NO₃)₂)、硫代乙酰胺(TAA)和水相混合得到前驱体溶液，其中，硝酸锌、硫代乙酰胺和水之间的重量比为0.4～0.6:0.1～0.3:20～30；第二步，先将前驱体溶液置于压力为5～8×10⁵Pa、温度为180～220℃下反应8～15h得到沉淀产物，再对沉淀产物用溶剂冲洗并真空干燥处理，制得硫化锌微米空心球。

作为硫化锌微米空心球的制备方法的进一步改进，所述的水为去离子水或蒸馏水；所述的在将前驱体溶液反应前，于搅拌下向其中加入聚乙二醇(PEG)，其中，聚乙二醇与硝酸锌之间的重量比为0.2～0.4:0.4～0.6；所述的聚乙二醇的分子量为800mol/g或2000mol/g或4000mol/g或6000mol/g或20000mol/g；所述的聚乙二醇加入前驱体溶液中的搅拌速度为100～300rpm/min、搅拌时间为10～30min；所述的前驱体溶液反应结束后，经离心处理得到沉淀产物，离心的速度为4000～6000rpm/min、离心的时间≥1min；所述的冲洗用溶剂为去离子水或蒸馏水或无水乙醇，冲洗的次数为3～6次；所述的真空干燥处理时的真空度为≤1×10^-5Pa；所述的干燥处理为于50～70℃下真空加热3～4h。