[发明专利]一种氧掺杂的硫化锌纳米颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，具体涉及一种氧掺杂的硫化锌纳米颗粒及其制备方法。 

背景技术

硫化锌是重要的Ⅱ、Ⅵ化合物半导体，具有出色的物理特性，如能带隙宽，高折射率，在可见光范围内的高透光率，并且具有优良的荧光效应及电致发光功能。 

掺杂的纳米硫化锌更是具有独特的光电效应，因此在电学和光学等领域被科研人员广泛的研究。尤其是1994年Bhargava报道了经表面钝化处理的纳米ZnS：Mn荧光粉在高温下不仅有高达18%的外量子效率(Phys.Rev.Lett.72,416–419(1994))，其荧光寿命缩短了5个数量级，而且发光性能有了很大的变化，更为掺杂的ZnS在材料中的应用开辟了一条新途径。 

目前，Mn掺杂、Co掺杂、C掺杂、N掺杂的硫化锌纳米颗粒均有文献和专利报道，如公开号为CN101476160A的中国专利申请公开了一种锰掺杂硫化锌纳米晶的超声陈化合成方法，将无水氯化锌加入蒸馏水中得溶液A，将硫代乙酰胺加入蒸馏水与二甲基亚砜的混合溶剂中得溶液B；将盛有A溶液的锥形瓶置于清洗槽式超声波发生器中，将B溶液缓慢滴入A溶液中；反应全程均应在超声波引发下反应；然后将反应产物离心分离，干燥即得ZnS纳米晶；将ZnS纳米晶分散于与乙醇或分析纯的异丙醇中，并倒入MnCl₂·4H₂O溶液中超声震荡后在恒温箱中陈化，之后离心分离，电热真空干燥得ZnS:Mn纳米晶。 

史新宇、孙元平等人采用共沉淀法制备Co²⁺/Ni²⁺掺杂的ZnS纳米材料，得到掺杂的ZnS纳米材料具有较好的发光性能（掺杂硫化锌的制备与 光学特性的研究；史新宇、孙元平、李剑平、徐宝龙；《硅谷》2009年15期）。但目前为止，未见O掺杂的硫化锌纳米颗粒的相关报道。 

发明内容

针对现有技术中掺杂的硫化锌纳米颗粒的发展状况，本发明提供一种亲水亲油的氧掺杂的硫化锌纳米颗粒，扩大了其作为电学材料及光学材料的应用。 

为解决上述技术问题，本发明提供一种氧掺杂的硫化锌纳米颗粒，所述的硫化锌纳米颗粒的粒径为5～100nm，化学式为ZnS_（1-x）O_x，其中0.1≤x≤0.5。 

本发明还提供一种氧掺杂的硫化锌纳米颗粒的制备方法，将硫源溶液滴加在锌源溶液中，通过加热到一定温度反应后得到氧掺杂的硫化锌纳米颗粒；其中锌源、硫源溶液中的溶剂均为质子溶剂与吡啶的混合溶剂。具体包括如下步骤： 

（1）将锌源溶于质子溶剂与吡啶的混合溶液中得锌源溶液； 

（2）将硫源溶于质子溶剂与吡啶的混合溶液中得硫源溶液； 

（3）将硫源溶液滴加到锌源溶液中，加热至60～100℃，反应2～20小时，离心分离即得到氧掺杂的硫化锌纳米颗粒。 

以与吡啶形成的络合物的稳定性为原则，选取锌源；且锌源的浓度对纳米颗粒的粒径有影响，浓度越大，粒径一般比较大。基于此，作为优选，步骤（1）中锌源为甲酸锌或醋酸锌；锌源溶液中锌源的浓度为1～5mol/L。 

本发明中硫源的浓度对纳米颗粒的粒径均一性有较大影响，浓度越大，粒径均一性通常比较差；且综合考虑到给出硫的能力，作为优选，步骤（2）中硫源为硫化钠、乙硫醇或硫脲；硫源溶液中硫源的浓度为1～5mol/L。 

反应体系中质子溶剂作为反应溶剂，吡啶作为配体使得最终纳米颗粒具有亲水亲油性；根据锌源及硫源在溶剂中溶解度的不同，适当调节锌源溶液及硫源溶液中质子溶剂与吡啶的比例。 

作为优选，步骤（1）的锌源溶液中质子溶剂与吡啶的体积比为（1： 1）～（1：5）；步骤（2）的硫源溶液中质子溶剂与吡啶的体积比为（1：1）～（5：1）。 

步骤（1）的锌源溶液与步骤（2）的硫源溶液的体积比为（1：1）～（1：5）。 

作为优选，所述的质子溶剂为水、甲醇或乙醇；进一步优选，质子溶剂为水。 

滴加速度直接影响纳米颗粒的粒径大小，因此，步骤（3）中硫源溶液的滴加时间为1min～4h；进一步优选，步骤（3）中硫源溶液在5～60min内滴加完毕。 

与现有技术相比，本发明具有以下优点： 

1）本发明提供的是一类亲水亲油的氧掺杂的硫化锌纳米颗粒，实现了双亲性质； 

2）本发明所需的锌源和硫源毒性小，成本低，适合工业生产； 

3）制备过程简单，操作容易、反应条件温和。