[发明专利]一种吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒的制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，具体涉及一种吡啶包裹的铅镉硫纳米 颗粒的制备方法及其产品。

背景技术

铅镉硫纳米颗粒是一种新型量子点电池吸光材料，集合了CdS和PbS 两种纳米晶的特性，具有可调节的能带隙1.9～2.7eV，可以通过调节铅和 镉的比例以得到理想的带隙，高吸光系数(在波长小于500nm时，吸光系 数大于10⁵cm^-1；在波长大于500nm时，吸光系数约为10⁴cm^-1)，金属元 素都是廉价的并且地球大量储存的，可以大量工业化生产。

制备铅镉硫纳米晶或薄膜的研究还比较少，现在的制备方法主要有化 学浴沉积法、真空蒸镀法、喷雾热解、电沉积等(JournalofAlloysand Compounds495(2010)234-237；ThinSolidFilms520(2012)5206-5210； MaterialsChemistryandPhysics45(1996)145-149)。但是上述方法的合成工 艺要求比较复杂，无法进行溶液化处理，成本都比较高，相对于大规模且 严格控制成本的工厂化生产还不大适合。

目前利用溶液法制备铅镉硫纳米材料还很少见，利用溶液法可以易于 调控金属元素比及相应的能隙、能级性质。同时溶液法可以利用化工设备 大规模生产，实现规模化应用的可能性。

发明内容

本发明提供一种吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒的制备方法，反应在常压 下进行，条件温和、过程可控，适合大规模的工业化生产。

一种吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：

(1)将金属源与吡啶/水混合溶剂混合，得到金属源溶液；

所述金属源中的铅源为醋酸铅、氯化铅或硝酸铅，镉源为氯化镉或醋 酸镉；

(2)将硫源与质子溶剂混合，得到硫源溶液；

所述的硫源为硫化钠、乙硫醇或硫脲；

(3)将所述的硫源溶液滴加到金属源溶液中，50～90℃下反应1～12h 后，经离心分离得到吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒。

本发明选择特殊的质子溶剂为溶剂，与特定的硫源和金属源匹配，在 吡啶的作用下(吡啶作为配体和溶剂双重角色)，实现金属源和硫源的同步 生长，获得高纯度的铅镉硫纳米颗粒。同时混合溶液的使用有利于反应在 温和条件下进行，不再需要溶剂热和水热法所必须的高压条件。此点是该 方法与水热法的最大区别，即使两者使用类似的原材料体系。可以理解为 小分子配体的使用一定程度上代替了其他方法所必需的苛刻反应条件。

反应体系中吡啶既可作为溶剂又可作为配体使得最终的纳米颗粒具 有亲水亲油性，根据金属源在混合溶剂中溶解度的不同，适当调节金属源 溶液中水与吡啶的比例。作为优选，步骤(1)中，所述金属源溶液中， 水与吡啶的体积比为1:1～10；铅源的浓度为10～30mmol/L，镉源的浓度 为5～30mmol/L；再优选，所述铅源与镉源的浓度比为7:3。

硫源的浓度对纳米颗粒的粒径均一性有较大影响，且综合考虑到给出 硫的能力，本发明中选择的硫源为硫化钠、乙硫醇或硫脲，作为优选，步 骤(2)中，所述硫源溶液的浓度为10～50mmol/L。

作为优选，步骤(2)中，所述的质子溶剂为水、甲醇、乙醇或异丙 醇。

作为优选，步骤(3)中，金属源溶液与硫源溶液的体积比为1～5:1。

作为优选，步骤(3)中，所述的硫源溶液滴加到金属源溶液中的时 间为1min～4h，进一步优选为10～60min。

在吡啶的作用下，质子溶剂与金属源和硫源的匹配，可以实现金属源 和硫源的同步生长，获得高纯度的铅镉硫纳米颗粒。最优选：

所述金属源溶液中，铅源的浓度为14mmol/L，铅源与镉源的浓度比 为7:3；水与吡啶的体积比为1:4；

所述的硫源溶液以水为溶剂，浓度为50mmol/L；

按金属源溶液与硫源溶液的体积比为5:2，将所述的硫源溶液滴加到 金属源溶液中，80℃下反应后得到吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒。

一种根据所述的制备方法得到的吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒，以吡啶 为配体，所述的铅镉硫纳米颗粒为立方相，粒径为10～100nm，化学式为 PbCdS。