[发明专利]硫化镉/多壁碳纳米管壳芯异质结构的可控合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种异质结构纳米材料的制备，特别是涉及一种硫化镉/多壁 碳纳米管壳芯异质结构的可控合成方法。

背景技术

利用共价或非共价改性，对碳纳米管的表面进行修饰，得到的基于碳纳米 管的壳芯异质结构在能量存储、场发射以及柔韧电子器件等领域有着潜在的应 用。由于碳纳米管优异地电学特别是力学性质，基于碳纳米管的异质结构也是 研究壳层纳米管在一维约束条件(芯部的碳纳米管)下形貌稳定性(如Rayleigh 不稳定性等)的理想模型。另外，壳层的厚度对壳层形貌稳定性以及异质结构 的光诱导电荷传输行为有重要影响，而目前在温和的条件下，制备壳层厚度均 匀且厚度可控的碳纳米管基异质结构仍然是一个挑战。硫化镉(CdS)是一种 典型的II-VI族半导体，广泛应用于太阳能电池、光发射及场发射器件。CdS/ 多壁碳纳米管(MWCNTs)壳芯异质结构同时具备二者的优异性能以及因耦合 作用带来的新的特性，可以用于制备下一代纳米光电子器件。通常需要对 MWCNTs进行前处理(如酸洗)、添加表面活性剂或有机桥分子，以增强CdS 与MWCNTs之间的相互作用，但是这会削弱CdS与MWCNTs之间的电子传 输能力，并且所形成的CdS壳层分布不均，厚度不能很好的得以控制，异质结 构的产率也较低。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种硫化镉/多壁碳纳米 管壳芯异质结构的可控合成方法。该方法在低温下进行，具有制备方法简便、 反应迅速和制备周期短等优点。

本发明是通过如下技术方案来实现的：该方法采用多壁碳纳米管 (MWCNTs)、四水合硝酸镉(Cd(NO3)2·4H2O)、硫代乙酰胺(CH3CSNH2)、 无水乙醇(C2H5OH)和去离子水为原料，并按照如下步骤进行：

a.在室温下，将0.01-0.5g MWCNTs分散于无水乙醇溶液中，超声处理直 至乙醇完全挥发；再向其中倒入80-100ml去离子水继续超声处理；

b.将Cd(NO3)2·4H2O和CH3CSNH2倒入上述溶液中，不断搅拌，使之 完全溶解；

c.将上述溶液转移到100ml容量的密闭容器中，在40℃～80℃条件下加 热10min～3.5h。反应完毕后将产物离心，用去离子水和无水乙醇清洗若干遍， 在室温下干燥即可。

本发明的有益效果是：本发明在温和地条件下进行(40℃～80℃)，所用 原料易得，制备方法简便，产率较高；无须对MWCNTs进行前处理(如酸洗)， 无须添加任何表面活性剂或有机桥分子，即可实现CdS与MWCNTs之间的相 互结合；通过改变反应参数，可以方便地控制CdS壳层的厚度。该发明可应用 于纳米光电子器件、太阳能电池等领域。

附图说明

图1为原始态MWCNTs的场发射扫描电镜照片；

图2为实施例1的CdS/MWCNTs壳芯异质结构的场发射扫描电镜照片；

图3为实施例2的CdS/MWCNTs壳芯异质结构的场发射扫描电镜照片；

图4为实施例3的CdS/MWCNTs壳芯异质结构的场发射扫描电镜照片；

图5为实施例4的CdS/MWCNTs壳芯异质结构的场发射扫描电镜照片。

具体实施方式

实施例1：CdS壳层厚为35nm的CdS/MWCNTs壳芯异质结构

在室温下，将0.05g MWCNTs(见图1)分散于无水乙醇溶液中，超声处 理至乙醇完全挥发；再向其中倒入80ml去离子水继续超声处理。将0.003mol Cd(NO3)2·4H2O和0.03mol CH3CSNH2倒入上述溶液中，不断搅拌，使之完 全溶解。将上述溶液转移到100ml容量的密闭容器中，在60℃条件下加热3.5 h。反应完毕后将产物离心，用去离子水和无水乙醇清洗若干遍，在室温下干 燥即可(见图2)。

实施例2：CdS壳层厚为25nm的CdS/MWCNTs壳芯异质结构