[发明专利]模板法制备单分散性硫化铋纳米颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料领域，特别涉及一种硫化铋纳米粒的制备方法。

背景技术

单分散性纳米粒子由于其特殊的结构、形态以及粒径分布等情况，使其在医药、发光材料、热电材料以及太阳能转换材料等方面具有极为广阔的应用前景。对于纳米粒子来说，纳米粒子的尺寸大小以及分布情况至关重要，他们直接影响着其表面效应、量子效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等，从而导致其在光学、磁学、电学、热学、力学上的特性。可见，纳米粒子的粒径尺度对于材料的性能至关重要，硫化铋纳米粒子的尺寸以及粒径偏差≤5％的单分散性纳米粒子的制备尤为关键。目前合成硫化物纳米粒子的主要方法有固相法、溶胶-凝胶法、(反向)微乳液法、均匀共沉淀法、金属有机化学法以及模板法等等。从其制备效果来说，金属有机化学制备的纳米粒子的粒径能达到100纳米以下，但由于其主要采用高沸点的有机磷作为表面活性剂，其价格高和毒性大，且对操作要求严格，使用上不方便，不利于大规模生产。此外溶胶-凝胶法使用原料毒性很大、易燃、昂贵、且制备条件很苛刻，操作难度大，产量小，制备成本很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、对环境无污染、产率高、纳米颗粒粒径分布窄、操作简便的模板法制备单分散性硫化铋纳米颗粒的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：模板法制备单分散性硫化铋纳米颗粒的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)制备含铋前驱溶液：将含铋化合物溶于分散介质中形成含铋化合物溶液，该含铋化合物溶液的浓度为0.01～1.0mol/L，然后加入到分散稳定剂中，搅拌0.5～3个小时，得到含铋前驱溶液；所述的含铋化合物溶液与分散稳定剂的体积比为1∶5～15；

2)按含硫化合物溶液中的硫离子与含铋前驱溶液中的铋离子摩尔比3∶2～2∶1，选取含硫化合物溶液和含铋前驱溶液，其中，含硫化合物溶液的浓度为0.01～1.0mol/L；含铋前驱溶液用pH调节剂调整pH为1.0～5.0，随后在常温高速搅拌下加入含硫化合物溶液，控制反应时间为1至48小时，以控制晶核的生长，得到的悬浊液；将得到的悬浊液离心分离，弃去上层清液，得到单分散性硫化铋纳米颗粒。

所述的含铋化合物为卤化铋、硝酸铋、醋酸铋、酒石酸铋、柠檬酸铋铵、乳酸铋或葡萄糖酸铋等。

所述的分散介质为去离子水。

所述的分散稳定剂为葡聚苷糖胶体(KGM胶体)或葡聚苷糖的衍生物胶体，葡聚苷糖胶体或葡聚苷糖的衍生物胶体的质量浓度为0.1～1.0wt％；葡聚苷糖或葡聚苷糖的衍生物的M_w(分子量)在190～210万。

葡聚苷糖胶体或葡聚苷糖的衍生物胶体的制备：将葡聚苷糖或葡聚苷糖的衍生物溶于水中，搅拌2～4个小时后离心，得到葡聚苷糖胶体或葡聚苷糖的衍生物胶体。

所述的含硫化合物为硫化钠、硫代硫酸钠、硫代乙酰胺或硫脲。

所述的pH调节剂为氨水或氢氧化钠溶液，质量浓度为0.1wt％～40wt％。

本文所述的快速搅拌是指转速为100～999转/分钟，高速搅拌是指转速为1000～3000转/分钟。常温是指10～40℃。

本发明的有益效果是：①使用的分散介质为去离子水，廉价易得，成本低，对环境无污染；②实验条件温和，反应时间短，一般为1～48小时，产率高(一般为90％)，操作简便，易于控制；适合产业化生产；③使用的分散稳定剂均为生物相容性分子，其对硫化铋表面的修饰不仅可以提高纳米粒子的稳定性，还可改善纳米粒子的生物相容性，降低毒性；④制得的纳米颗粒粒径为100纳米左右，且粒径分布较窄，因此无需进一步筛选；⑤该方法应用面广，可用于多种金属硫化物纳米粒子的制备，如Zn、Cd、Bi、In等。因此，本发明是一种简易、廉价、高产、应用广泛的单分散性硫化物纳米粒子制备方法。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

模板法制备单分散性硫化铋纳米颗粒的方法，它包括如下步骤：

1)制备含铋前驱溶液：量取30ml、质量浓度为0.1wt％KGM(魔芋，主要成分为葡聚苷糖)胶体到100mL烧瓶中，加入2ml硝酸铋水溶液(浓度为0.01mol/L)，快速搅拌0.5个小时，得到含铋前驱溶液；