[发明专利]一种铅笔状γ-MnS微晶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于宽禁带半导体材料硫化锰的制备方法，具体涉及一种铅笔状γ-MnS微晶的制备方法。

背景技术

在材料的合成领域，金属硫化物是一类重要的半导体材料，在光学器件、光电池、能贮存介质及催化等领域有广泛的应用。MnS是很重要的宽禁带半导体，带隙能为3.7eV。在制备太阳能电池的窗口/缓冲材料，短波光电器件方面有着潜在的应用[ki s J，Tang K B，Yang Q，et al.Solvothermal synthesis of metastableγ-MnS hollow spheres and control of their phase[J].Eur J lnorg Chem，2005：4124-4128.]MnS一般有3种相态，即八面体配位、绿色稳定的岩盐结构α-MnS(RS)；四面体配位、粉色介稳的闪锌矿结构β-MnS和纤锌矿结构γ-MnS。亚稳态的β和γ-MnS在100-400℃易转变为稳态的α-MnS，且这种转变是不可逆的。亚稳态的MnS与稳态的MnS相比较，展现出了更为特殊的化学性能，电学性能，光学性能以及磁学性能。

在上述应用中，控制MnS的颗粒尺寸、形貌以及结晶性是至关重要的，到目前为止，已经制备了具有各种形貌的MnS纳米晶。Ge等利用氯化锰和硫粉通过化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)法于850℃反应120min制得了MnS单晶纳米线。[GE J P，LI Y D.Controllable CVD route to CoS and MnS single-crystal nanowires[J].Chem Commun，2003，19：2498-2499.]。此外，水热法[ZHANG Y C，WANG H，WANG B，et al.Low-temperature hydro-thermal synthesis of pure metastableγ-manganese sulfide(MnS)crys-tallites[J].J Cryst Growth，2002，243(1)：214-217.]，溶剂热法[ZHANG X H，CHEN Y Q，JIA C，et al.Two-step solvothermal synthe-sis of α-MnS spheres：Growth mechanism and characterization[J].Mater Lett，2008，62：125-127.]，分子束外延法[molecular beam epitaxy，MBE)[OKAJIMA M，TOHDA J.Heteroepitaxial growth of MnS on GaAs substrates[J].J Cryst Growth，1992，117(1-4)：810-815.]，回流法[祁元春，赵彦保，许红涛.形貌可控γ-MnS纳米晶的制备及表征[J].化学研究，2006，17(6)：60-62.]等多种制备方法也被应用于合成MnS纳米材料，然而这些方法都比较复杂，工艺难以控制，反应速率较低，反应时间较长，而且由于在合成硫化锰的过程中有大量的H₂S气体生成，如反应在敞开体系中进行，则不可避免地会对环境造成一定的污染。因此寻找一种易于操作，环境友好和成本低廉的方法显得颇为重要。

发明内容

本发明的目的是提出一种紫外辅助微波水热法制备铅笔状γ-MnS微晶的方法。本发明将紫外和微波相结合，前驱液经紫外光的照射，活性降低，缩短了微波水热的反应周期、降低了反应温度，是一种环境友好，成本低廉，操作简单，重复性好，适合大规模生产的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)将分析纯的MnCl₂·4H₂O加入到去离子水中，制成Mn²⁺浓度为0.08mol/L-1.8mol/L的透明溶液A；

2)向透明溶液A中加入分析纯的硫代乙酰胺，使得溶液中Mn²⁺/C₂H₅NS的摩尔比为1∶0.5-4，将溶液超声分散得溶液B；

3)将溶液B倒入烧瓶中密封，然后将密封的烧瓶放入微波·紫外·超声波三合一体合成萃取反应仪中，选用“温度-时间”工作模式，温度设置在60-90℃，磁力搅拌速度为250-450r/min，加入紫外能源，紫外灯输出功率是300W，反应20-100min后得溶液C；