[发明专利]一种非平衡态纳米线及其制备方法

说明书

本发明提供了一种非平衡态纳米线的制备方法，包括：S1)将银源与硫源或硒源在C10～C30不饱和胺中混合，加热反应，得到中间产物；S2)将所述中间产物、钴源与硫源或硒源混合，加热反应，得到非平衡态纳米线。与现有技术相比，本发明首次实现非平衡态闪锌矿相硫化亚钴一维纳米结构的制备，加入的不饱和胺同时作为溶剂和表面活性剂，简化了反应原料，银源的引入降低了反应温度，使反应条件温和，缩短了反应时间，提高了反应效率，纳米晶体的生长行为发生改变，形貌和物相随之发生改变；同时可通过对反应温度、反应时间、反应前驱源浓度以及催化剂类型的调节实现对非平衡态纳米线长度和粒径的调控，所得纳米线粒径分布均匀、质量高。

技术领域

本发明属于固体纳米材料技术领域，尤其涉及一种非平衡态纳米线及其制备方法。

背景技术

由钴-硫二元相图可知，钴的硫化物有多种不同的化学组成，常见的有Co₉S₈、CoS、Co₃S₄、CoS₂等，这其中钴硫比例为1比1的硫化亚钴(CoS)有三种物相，分别为常温常压下的热力学稳定态六配位NiAs结构(Hexagonal，H)六方相、非平衡态四配位纤锌矿(Wurtzite，WZ)相和闪锌矿(Zincblende，ZB)相。

早期的研究产物多通过固相元素反应制备得到，随着液相合成方法的丰富和发展，硫化亚钴的多种制备方法和多种形貌先后被报道，但是已有报道中，研究对象多为NiAs结构六方相CoS。2003年，《材料化学与物理》杂志报道了金属盐和硫脲于乙二醇溶剂中通过微波辅助合成方法制备得到六方相CoS纳米颗粒(Materials Chemistry and Physics,2003,82,206-209.)。2008年，《电源杂志》首次报道了环境友好绿色化学合成方法即生物分子辅助水热法合成六方相CoS纳米球花以及球花组装成的类似纳米线，反应以L-半胱氨酸作为硫源，在190℃反应6h可得到纳米球花，通过加入乙醇实现对反应前驱溶液极性的调节进而制备得到球花组装成的类似纳米线(Journal of Power Sources,2008,180,676-681.)。2012年，针尖状六方相CoS纳米棒阵列在氟掺杂氧化锡导电衬底上通过两步法制备得到，Co₃O₄针尖状纳米棒阵列首先沉积在氟掺杂氧化锡导电衬底上，再通过化学浴方法转化成CoS针尖状纳米棒阵列，反应12h可得到纯相六方相NiAs结构CoS阵列，该报道发表在《美国化学会纳米》杂志上(ACS Nano,2012,6,8,7016-7025.)。2013年，3.6nm至12.8nm的六方相CoS球形纳米颗粒通过一锅法制备得到，该研究工作发表于《粒子与粒子系统表征》杂志(ParticleParticle systems Characterization,2013,30,501-505.)。2014年，《物理化学杂志C》报道了二维CoS纳米片的制备，通过典型的水热法以硝酸钴和硫脲为反应前驱源，在180℃反应24h得到产物(The Journal of Physical Chemistry C,2014,118,20238-20245.)。

长久以来，非平衡态CoS常以纤锌矿相薄膜的形式被获得。早在1986年就有《材料科学快报杂志》首次报道了通过化学方法制备纤锌矿相CoS_1.035薄膜(Journal ofMaterials Science Letters，1986,5,1216-1218)。2011年，《材料快报》杂志报道了深绿色纤锌矿相CoS薄膜的化学浴沉积法合成，反应以硫酸亚钴和硫脲分别作为金属源和硫源，氨水作为溶剂，三乙胺作为配位溶剂，反应24h可得到产物(Materials Letters,2011,65,2639-2641.)。