[发明专利]具有花状结构的二元硫化物CdXZn1-XS微粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种具有花状结构的二元硫化物Cd_XZn_1-XS微粒及其制备方法。

背景技术

半导体纳米材料的光催化特性引起世界范围的科研工作者普遍关注。作为一种重要的半导体材料，硫化镉(CdS)纳米粒子在太阳能转化、非线性光学、光电子化学电池和光催化等方面具有广泛的应用。CdS是典型的II-VI族半导体，室温下体相CdS的带隙为2.42eV，能级非常接近太阳能光谱，常作为太阳能电池的窗口材料。当半导体材料在尺寸达到纳米级时，将具有许多奇特的物理性质，表现出既有别于相应体材料又不同于单个分子的性质。量子尺寸效应使纳米CdS的能级改变、能隙变宽，吸收和发射光谱向短波方向移动，直观上表现为颜色的变化。当CdS粒度为5-6nm时，其颜色已由体材料的黄色变为浅黄色。纳米粒子表面效应引起CdS纳米微粒表面原子输运和构型的变化，同时也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化，对其光学、电学及非线性光学性质等具有重要影响。因而在催化、非线性光学、磁性材料等领域中有广阔的应用前景，如发光二极管、太阳能电池、传感器、光催化等，故纳米CdS已成为国内外学者的关注热点。

深入探索对CdS纳米粒子的结构修饰，使纳米CdS能真正应用到现实中，是值得研究的课题。目前，人们为了提高CdS的特征性能，开展了多种改性工作，主要是从外界引入物质到半导体制备体系中，如掺杂金属离子、贵金属沉积、半导体复合等。但是，通常所使用的这些化学复合掺杂对条件要求苛刻，并且容易带来污染。因此，能够改进纳米硫化镉性能的简单并有效的新方法是很值得期待的。

硫化锌(ZnS)是一种很常用的半导体材料，关于其形貌控制有多篇报道。利用外加金属离置换，替代硫化锌晶格中的锌离子，合成的锌镉二元硫化物可以进一步完善过渡金属硫化镉或硫化锌的半导体性能。因为多元硫化物在一定程度上可以引入多变的能级。因此，如何通过简单的方法获得二元硫化物仍是目前研究工作中的难点，那么发展一种更有效的调整硫化物金属中心组成并能很好的控制其形貌的方法是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有花状结构的二元硫化物Cd_XZn_1-XS微粒及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的具有花状结构的二元硫化物Cd_XZn_1-XS微粒，其颗粒外观呈花状，具有次级纳米结构，组成为两种金属中心构成的硫化物，其分子式为Cd_XZn_1-XS，式中X的取值范围是0.09～0.90。

所述二元硫化物Cd_XZn_1-XS微粒中Zn和Cd的摩尔比可在0.11～10.11之间进行调整。

所述的二元硫化物Cd_XZn_1-XS微粒的粒径大小为100nm～20μm。

本发明提供的该二元硫化物Cd_XZn_1-XS微粒的制备方法是先采用低温溶剂热法制备出具有花状结构的一元硫化锌微粒，然后把制得的花状硫化锌粉末置于含有镉离子溶液当中，经短时间室温处理后可以得到和前驱物硫化锌具有相似形貌的二元硫化物Cd_XZn_1-XS，具体包括如下步骤：

(1)将具有花状结构的ZnS粉末加入到浓度是0.01～5mol/L的可溶性镉盐的水溶液中，在5-95℃下磁力搅拌反应2-60分钟后，离心分离可得到沉淀物；

(2)将得到的沉淀物用用稀酸洗涤2～5次，水洗涤2～5次，于50～80℃干燥5～24小时，即得到具有花状结构二元硫化物Cd_XZn_1-XS微粒。

所述的具有花状结构的ZnS粉末的粒径大小为100nm～20μm。

所述的可溶性镉盐是硝酸镉、氯化镉或醋酸镉中的一种或两种或两种以上物质的混合。

所述的稀酸溶液是指浓度为0.1～5mol/L的盐酸、硫酸、硝酸或醋酸溶液中的一种。