[发明专利]一种三元硫化锌锰纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种尺寸均一、组成均匀、锰掺入量高且可调控的新型三元硫化锌锰纳米线的制备方法。

背景技术

在纳米材料领域，锰基三元金属硫化物具有丰富而独特的物理和化学特性，如特征的黄色荧光发射和光诱导的磁化现象等等，可用于光学、光电学、磁学和生物医学等众多领域。其中，一维锰基三元金属硫化物纳米结构是一类极其重要的半导体纳米材料，如锰掺杂的硫化锌（ZnS）纳米线，因其大的长径比、高的比表面积和量子尺寸效应，因而具有更为独特优良的光、电、磁性能，使其在学术界和工业界备受关注。影响该类材料性能的因素很多，其中锰的掺杂量是一个重要的影响因素。当前，构建高质量的均匀掺杂的三元硫化锌锰纳米线，并实现锰掺杂量的调控，对构建新型光、电和磁器件具有重要的意义。

锰基三元金属硫化物纳米材料的传统制备方法多为离子交换法和无机盐原位掺杂法，但这些方法的掺杂均一性和掺杂量不高。如，对于锰掺杂的ZnS纳米线，目前文献中报道的最高锰掺入量为30%左右，超过此范围，便容易生成杂质，产生严重的分相现象。而且，锰掺杂的ZnS纳米线在尺寸均一性、掺杂均匀性、锰含量的调变范围、以及锰含量的工艺可控程度方面都亟待提高。

基于此，本发明旨在通过采用分子骨架结构类似的二丁基二硫代氨基甲酸锰和二丁基二硫代氨基甲酸锌分别作锰和锌的前驱体，以硫化银作催化剂，催化生长一种尺寸均一、组成均匀、锰掺入量高且可调控的新型三元硫化锌锰纳米线，为构建新型光、电和磁器件提供一种新材料。

发明内容

解决了背景技术中关于锰掺杂的ZnS纳米线尺寸不均一、掺杂不均匀、锰掺杂量低和掺杂量调变范围窄的问题，本发明提供了一种尺寸均一、组成均匀、锰掺入量高且可调控的三元硫化锌锰纳米线的制备方法。

三元硫化锌锰纳米线中锰掺入量为26～84%，纳米线尺寸均一，直径为6.9±1.2 nm，锰掺入均匀；

三元硫化锌锰的结构通式为Zn_xMn_1-xS，其中下标x的数值范围为0.26～0.84；

所述三元硫化锌锰纳米线作为磁性材料应用于磁性器件中，或作为发光材料应用于光电器件中。

制备所述三元硫化锌锰纳米线的操作步骤如下：

（1）在30 mL混合溶剂中加入20 mg硫化银（Ag₂S）纳米颗粒催化剂、0.135～1.125 g二丁基二硫代氨基甲酸锌（Zn(ddtc)₂）和0.135～1.105 g二丁基二硫代氨基甲酸锰（Mn(ddtc)₂）；

所述混合溶剂由十二硫醇和十二胺混合均匀制成；

所述硫化银（Ag₂S）为催化剂；

所述二丁基二硫代氨基甲酸锰（Mn(ddtc)₂）和二丁基二硫代氨基甲酸锌（Zn(ddtc)₂）为前驱体；

（2）搅拌均匀，在惰性气体保护或真空条件下，升温至120～140 ℃，保温5～15 min，得到三元硫化锌锰纳米线。

进一步限定的技术方案如下：

步骤（1）中，所述混合溶剂由15 mL十二硫醇和 15 mL十二胺制成。

步骤（1）中，所述硫化银（Ag₂S）为硫化银纳米颗粒，尺寸均一。

步骤（2）中，所述惰性气体为氩气（Ar）。

步骤（2）中，所述真空条件为0.003 MPa。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1. 本发明所提出的新型三元硫化锌锰纳米线材料，其特征在于尺寸均一、组成均匀、锰掺入量最高可达到84%、且锰含量可调、可控。

2.本发明工艺采用的原料都是常见的简单原料，成本低，工艺可控性好，产物质量优，有利于三元硫化锌锰纳米线的批量生产及产业化。

附图说明

图1是实施例1制得的三元硫化锌锰纳米线的X射线衍射（XRD）图。

图2是实施例1制得的三元硫化锌锰纳米线的透射电子显微镜（TEM）照片。

图3是实施例1制得的三元硫化锌锰纳米线直径的统计分布图。

图4是实施例1制得的三元硫化锌锰纳米线的能量散射X射线谱（EDS）图。

图5是实施例2、3、4分别制得的三元硫化锌锰纳米线的XRD图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地描述。

实施例1

制备三元硫化锌锰纳米线