一种吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒的制备方法及其产品技术

本发明专利技术公开了一种吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒的制备方法，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；再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；最后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。本发明专利技术制备过程简单，操作容易，反应条件温和；所需的金属源和硫源毒性小，配体无毒，成本低，适合工业生产。制备得到以吡啶为配体，包裹的铅镉硫纳米颗粒。

【技术实现步骤摘要】
一种吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒的制备方法及其产品
本专利技术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。
技术介绍
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(JournalofAlloysandCompounds495(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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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，本专利技术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。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术以吡啶为配体，且通过大量试验筛选出特定的金属源与硫源，与质子溶剂相互匹配，无需密封、高温、高压的极限条件，即可获得形貌规整、粒径均一的吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒；且所需的各原料毒性小，来源广，成本低，反应条件温和，过程可控，为铅镉硫纳米颗粒的大规模的工业化生产提供了一条全新的途径；2)本专利技术制备的吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒，实现了配体的无毒性，且纳米分散性好，在电学材料与光学材料应用中具有很好的应用前景。附图说明图1为实施例1制备的吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒的XRD图；图2为实施例1制备的吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒的SEM图；图3为实施例1制备的吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒的UV图谱。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐述本专利技术的方案，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1将0.7mmol醋酸铅和0.3mmol醋酸镉溶于40mL吡啶和10mL水的混合溶剂中，升温至80℃；同时，将1mmol硫化钠溶于20mL水中；然后，将硫化钠溶液滴入金属源溶液，20min滴完；维持反应温度80℃反应6h。用丙酮将铅镉硫纳米颗粒沉下来，离心得到黑色固体。加入30mL水，超声10min，再加入30mL丙酮，离心，即得纯净的吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒。其XRD图如图1所示。所合成的吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒为立方相，与XRD标准卡片JCPDSNo.65-5915相符。图2为本实施例制备的吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒的扫描电镜图，图中明亮的颗粒即为铅镉硫纳米晶，粒径大小基本在20～60nm大小，为较规则的球形。图3为本实施例制备的吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒的UV曲线，可以看出起峰位置大概在500nm左右。由UV曲线可以算出所合成的铅镉硫纳米晶的能隙值约为2.4eV。实施例2将0.7mmol氯化铅和0.3mmol醋酸镉溶于40mL吡啶和10mL水的混合溶剂中，升温至80℃；同时，将1mmol硫化钠溶于20mL甲醇中；然后，将硫化钠溶液滴入金属源溶液，20min滴完；维持反应温度80℃，反应1h。用丙酮将铅镉硫纳米颗粒沉下来，离心得到黑色固体。加入30mL水，超声10min，再加入30mL丙酮，离心，即得纯净的吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒。实施例3将0.7mmol醋酸铅和0.3mmol氯化镉溶于40mL吡啶和10mL水的混合溶剂中，升温至80℃；同时，将1mmol硫化钠溶于20mL乙醇中；然后，将硫化钠溶液滴入金属源溶液，20min滴完；维持反应温度80℃，反应6h。用丙酮将铅镉硫纳米颗粒沉下来，离心得到黑色固体。加入30mL水，超声10min，再加入30mL丙酮，离心，即得纯净的吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒。实施例4将0.7mmol氯化铅和0.3mmol氯化镉溶于40mL吡啶和10mL水的混合溶剂里，升温至80℃；同时，将1mmol硫化钠溶于20mL异丙醇中；然后，将硫化钠溶液滴入金属源溶液，20min滴完；维持反应温度80℃，反应12h。用丙酮将铅镉硫纳米颗粒沉下来，离心得到黑色固体。加入30mL水，超声10min，再加入30mL丙酮，离心，即得纯净的吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒。实施例5将0.7mmol醋酸铅和0.3mmol醋酸镉溶于40mL吡啶和10mL水的混合溶剂中，升温至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒的制备方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述吡啶包裹的铅镉硫纳米颗粒以吡啶为配体，为立方相，粒径为10～100nm，化学式为PbCdS；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；铅源的浓度为14mmol/L，镉源的浓度为6mmol/L；水与吡啶的体积比为1:4(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；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：酒同钢，方俊锋，罗维宁，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33