[发明专利]一种简单制备二元多孔空心立方体形CdO/CdS核-壳结构纳米晶的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米半导体复合材料及其制备技术领域，涉及二元多孔纳米光催化剂材料化学合成的制备方法，特别是一种简单制备二元多孔空心立方体形CdO/CdS核-壳结构纳米晶的方法。

背景技术

硫化镉（CdS）作为一种重要的纳米半导体材料，其带隙为2.4eV，在光致发光、光电转换、光催化、传感器等方面有广泛的应用，在美国的《科学》杂志（1998年，279卷208页）有过报道。CdS纳米晶的尺寸、形貌和表面状况对其光电性能有很大影响，因此CdS纳米晶的可控合成与自组装的研究有重要意义。目前，已有文献报道CdS纳米晶的形状有：海星状CdS纳米结构、海胆形CdS纳米结构、多臂CdS纳米棒、CdS纳米线、CdS量子点、CdS纳米球、空心CdS纳米结构等。由于空心纳米结构内部中空，密度低、比表面积大、表面渗透性好等优点，引起了大家广泛的关注。现有的CdS纳米空心结构大多是空心球，主要有美国化学会的《Langmuir》杂志（2004年，20卷5192页）和德国的《应用聚合物科学》杂志（2008年，109卷3204页）报道的以聚苯乙烯为模板的方法，以及德国的《先进材料》杂志（2000年，12卷11页）报道的以二硫化碳为模板的方法，这些制备方法存在着费用昂贵，操作复杂，又不能有效控制反应过程的不足之处。而立方块形空心CdS纳米晶鲜有报道，尤其是二元多孔空心立方体形（CdO）/CdS核-壳结构纳米晶此前未有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单制备二元多孔空心立方体形CdO/CdS核-壳结构纳米晶的方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种简单制备二元多孔空心立方体形CdO/CdS核-壳结构纳米晶的方法，采用去离子水作溶剂，以CdCO₃立方体纳米晶为模板，以硫代乙酰胺（TAA）为硫源，采取微波加热回流的方法控制反应CdS的生成。

在所述的一种简单制备二元多孔空心立方体形CdO/CdS核-壳结构纳米晶的方法中，制备二元多孔空心立方体形CdO/CdS核-壳结构纳米晶的方法包括以下步骤：

⑴CdCO₃立方体纳米晶制备

取原料氯化镉（CdCl₂·2.5H₂O）和去离子水，配成以CdCl₂·2.5H₂O摩尔浓度为0.01～0.03M，取聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于其中，得到无色透明溶液A，将溶液A放入容器中并在室温下进行磁力搅拌；取可溶性碳酸盐和水，配成以碳酸盐摩尔浓度为0.01～0.10M的溶液B，将溶液B逐滴加入溶液A中，经反应，溶液逐渐变浑，待溶液B滴加结束，继续搅拌15～20分钟，溶液变为牛奶状液体，停止搅拌，经离心洗涤、烘干，得到的白色粉末即为CdCO₃立方体纳米晶；

⑵取CdCO₃粉末，超声分散于水中，再取TAA溶解于其中，得到溶液C，溶液C放入容器中，将装有溶液C的容器置于带有磁力搅拌以及冷凝装置的微波反应器中，经微波反应后，再经离心洗涤、烘干，得到橘黄色粉末，将橘黄色粉末放入马弗炉中，经煅烧得到二元多孔空心立方体形CdO/CdS核-壳结构纳米晶。

本发明具有制备CdO/CdS核-壳结构多孔空心立方体纳米晶产品成本低、易控制、均匀性高、重复性好以及适合大规模生产的优点。采用本发明制备的CdO/CdS核-壳结构多孔空心立方体纳米晶，其边长在500nm左右，具有均一性好，稀疏多孔，密度低、比表面积大、表面渗透性好的优点，能充分与反应物接触，大大增加了光催化的反应面积，是一种优越的光催化剂，具有广泛的应用价值；同时，采用本发明制备的立方块形碳酸镉（CdCO₃）不仅作为反应的模板，而且经过煅烧后形成的CdO与CdS组成了CdO/CdS二元体系，此二元体系较单纯的CdS纳米晶拓宽了可见光的响应范围，能有效地将光生电子与光生空穴分离，大大提高了其光电性能，使光催化效果显著提高，比如大幅度的提高了CdS纳米晶在可见光下催化降解污水中重金属离子（Cr₂O₇^2-）的效果。

附图说明

图1是荷兰飞利浦公司PW3040/60型X-射线衍射仪所测的CdCO₃立方块,CdCO₃/CdS核-壳结构立方块,CdO/CdS多空空心立方块的X-射线衍射图，其中：横坐标X是衍射角度（2θ），纵坐标Y是相对衍射强度。