[发明专利]具有亲水表面的由纳米片组成的硒化镉花状微球及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及无机纳米材料的制备领域。更具体地，涉及一种具有亲水表面的由纳米片组成的硒化镉花状微球及其制备方法和应用。

背景技术

硒化镉半导体是一种直接带隙材料，它有两种结构，分别是纤锌矿和闪锌矿结构，禁带宽度分别为1.75和1.9eV。作为一种重要的II-VI族半导体，其在发光二极管、生物标记、太阳能电池以及光催化领域有着广泛的应用前景。近年来，人们通过控制其尺寸在纳米尺寸范围，如硒化镉量子点和硒化镉纳米棒，将其应用在光催化产氢体系，由于量子限域效应，其材料表现出优越的光催化性能(参考文献：J.U.Bang,S.J.Lee,J.S.Jang,W.Choi and H.Song,J Phys Chem Lett,2012,3,3781-3785；A.Das,Z.J.Han,M.G.Haghighi and R.Eisenberg,Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of America,2013,110,16716-16723)。

但是，目前所报道的硒化镉量子点以及硒化镉纳米棒，其尺寸均在10nm范围内。这在一定程度上使得硒化镉催化剂的回收变得复杂。因此，要得到高效产氢同时易回收的硒化镉催化剂，必须兼顾量子限域效应，同时控制其尺寸不能太小。因此在一个维度下控制其尺寸使其表现出量子限域效应是其中的一个选择。目前对于硒化镉纳米片材料的合成报道还比较少，而且现有报道的合成方法仍然有许多的不足，如：(1)利用通过油相法合成硒化镉纳米带(参考文献：Joo,J.S.Son,S.G.Kwon,J.H.Yu and T.Hyeon,Journal of the American Chemical Society,2006,128,5632-5633)，虽然后面有报道该纳米带具有较好的产氢性能，但是其合成过程中需要一氧化碳为原料，具有一定的危险性，另外，其合成的产物表面是疏水的，在水溶液中的分散性很差不利于水相体系应用；(2)利用高温固相法合成硒化镉纳米带材料(参考文献：C.Ma,Y.Ding,D.Moore,X.D.Wang and Z.L.Wang,Journal of the American Chemical Society,2004,126,708-709)，此种方法耗能较高，且产物形貌厚度较厚，量子限域效应不明显。

因此，设计合成简单高效的具有量子限域效应的水溶性硒化镉纳米片半 导体材料具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种具有亲水表面的由纳米片组成的硒化镉花状微球材料。

本发明的另一个目的在于提供一种具有亲水表面的由纳米片组成的硒化镉花状微球的制备方法。以醋酸镉为镉源，以二氧化硒为硒源，加入到含二乙烯三胺的溶剂中，三者混合得到悬浊液；悬浊液在一定温度下搅拌一定时间得到前驱体悬浊液；将前驱体悬浊液转移到反应釜中在给定温度下反应数小时得到目标产物。该制备方法步骤简单，产品可宏量制备，且得到的纳米片厚度可控制在4nm左右，表现出很强的量子限域效应，因而能广泛的应用于光催化分解水产氢体系的研究。

本发明的第三个目的在于提供一种具有亲水表面的由纳米片组成的硒化镉花状微球的光催化应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种具有亲水表面的由纳米片组成的硒化镉花状微球，它的结构为由大量的硒化镉纳米片组成的花状微球；花状微球的直径在2-8um，纳米片的厚度在2-14nm。该材料在可见光照射下(λ>400nm)具有很高的光催化产氢活性；同时，由于大量纳米片的组合，其微球的尺寸在微米尺度范围，所以有利于通过离心或直接过滤进行分离。目前报道的关于CdSe纳米片的合成方法不多，而且主要是以油溶性溶剂(疏水性溶剂)合成而成，因而，其产物表面是疏水的。本发明得到的纳米片组成的硒化镉花状微球材料表面吸附的是亲水性的二乙烯三胺，由于该极性基团在硒化镉表面的存在，使得本发明的催化剂可以很好分散在水溶液中,不需要经过复杂的表面处理就能直接应用于水体系的光催化产氢反应。此外，通过改变反应温度等制备参数，可以对纳米片的厚度和微球的直径进行调变。

为达到上述第二个目的，本发明一种具有亲水表面的由纳米片组成的硒化镉花状微球材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将醋酸镉和二氧化硒加入溶剂中，形成混合悬浊液；

2)将步骤1)得到的混合悬浊液加热搅拌，形成前驱体悬浊液；