一种无机分子簇单源前体合成ＣｄＳ纳米线的方法技术

一种无机分子簇单源前体合成ＣｄＳ纳米线的方法，它涉及一种无机分子簇单源前体合成ＣｄＳ纳米线的方法。它解决了现有ＣｄＳ纳米线制备方法需要大型设备、制备温度高、后续处理工艺繁琐、纳米线容易被污染或损伤性能、尺寸和形貌难于控制或者工艺条件苛刻，难于操作，难以工业化大规模实施的问题。制备方法：一、将十六烷基胺真空脱气；二、降低温度、在氮气氛条件下将（Ｍｅ↓［４］Ｎ）↓［４］［Ｓ↓［４］Ｃｄ↓［１０］（ＳＰｈ）↓［１６］］加入，然后升温、并保温反应；三、降低混合物温度；四、分离、沉淀、干燥。本发明专利技术直接用无机分子簇单源前体合成ＣｄＳ纳米线方法无需大型设备，操作安全、简便、易行、且成本低，便于控制ＣｄＳ纳米线的尺寸、形貌和性能，易于工业化大规模生产，可重复性好，可一次性进行大剂量ＣｄＳ纳米线的制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种合成CdS纳米线的方法。
技术介绍
II-VI族半导体纳米线由于其优异的光学性质，无论从基础研究的角度还是从实际应用的角度都引起了人们极大的兴趣。CdS纳米线作为一种重要的II-VI族半导体材料，在光发射二极管(LEDs)、太阳能电池、非线性光学器件和光催化等方面有着潜在的广泛用途。目前CdS纳米线的制备方法都存在不同的缺陷，如采用化学气相沉积法制备CdS纳米线需要大型设备且制备温度高(一般在800℃以上)，采用模板法(软模板和硬模板)制备CdS纳米线后续处理工艺繁琐且容易对纳米线造成污染或损伤CdS纳米线性能，采用自组装法制备的CdS纳米线的尺寸和形貌难于控制。在溶液中合成CdS纳米线，可以利用溶剂的极性差异诱导CdS沿择优取向晶面生长，从而以上CdS纳米线制备方法存在的缺陷，但是，这种在溶液中合成CdS纳米线的方法的实现必须同时具备以下条件：(a)在一定的反应温度下有机金属前体快速分解成单体；(b)用两种或两种以上不同的表面活性剂；(c)单体浓度高和形核生长速率快。所以目前在溶液中合成CdS纳米线的方法工艺条件苛刻，难于操作，难以工业化大规模实施。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有CdS纳米线制备方法需要大型设备、制备温度高、后续处理工艺繁琐、纳米线容易被污染或损伤性能、尺寸和形貌难于控制或者工艺条件苛刻，难于操作，难以工业化大规模实施的问题，而提供的一种无机分子簇单源前体合成CdS纳米线的方法。无机分子簇单源前体合成CdS纳米线的方法按以下步骤进行：一、将25g十六烷基胺在120±5℃的条件下真空脱气2h；二、降低十六烷基胺温度至80±2℃，在氮气氛条件下将1.2g(Me4N)4[S4Cd10(SPh)16]加入十六烷基胺，然后以2℃/min的速度升温至200～240℃，并保持200～240℃5h；三、降低混合物温-->度至60±2℃；四、用无水甲醇离心分离、沉淀物再真空干燥，即得到CdS纳米线。本专利技术直接用无机分子簇单源前体(Me4N)4[S4Cd10(SPh)16]合成CdS纳米线方法无需大型设备，操作安全、简便、易行、且成本低，便于控制CdS纳米线的尺寸、形貌和性能，易于工业化大规模生产，可重复性好，可一次性进行大剂量CdS纳米线的制备(＞30g/L)。本专利技术CdS纳米线合成方法在单一表面活性剂体系中合成，CdS纳米线的生长是通过定向吸附机制合成的，不同于多表面活性剂溶液法利用溶剂极性不同诱导CdS纳米线生长，而且易于分离提纯。本专利技术反应条件温和，反应温度在200～240℃反应过程中不产生有害气体。本专利技术合成方法中所采用的有机溶剂十六烷基胺不需提纯，价格低，能在新合成的CdS纳米线表面形成包覆层，使CdS纳米线单分散于反应溶剂中，避免了CdS纳米线间相互团聚和缠绕，有利于CdS纳米线的分离。本专利技术合成CdS纳米线的原材料无机分子簇(Me4N)4[S4Cd10(SPh)16]在空气条件下稳定而且易于保存，避免了现有技术中将CdS前体高温溶解于三正辛基膦(TOP)的步骤，因而不需要使用真空线设备和手套箱，成本低。本专利技术合成出的CdS纳米线为单晶，直径为4nm、长度为30nm左右，长径比约为7∶1。半导体纳米晶存在较大的永久偶极矩，经专利技术人研究、计算得出直径为3.4～5.4nm的半导体量子点间由于偶极吸引所产生的能量高达8.8～10kJ/mol，远远超过一般分子间偶极-偶极吸引所产生的能量(约1.5kJ/mol)，所以通过这种相互作用可以使量子点偶极链形成(一般呈线性要求的摩尔热力学能量为2.4kJ/mol)；但在前驱物浓度较低的情况下偶极-偶极相互作用较弱(偶极矩与离子间距离成反比)，粒子不能克服配体间的静电排斥作用从而只能形成量子点。本专利技术不仅增加了前驱物浓度、减少了粒子间间距，而且在高温条件(200～240℃)下长时间(5h)反应，使得配体在粒子表面的吸附-脱附加快、静电排斥作用减弱，并沿能量较低的极性面(002)择优取向生长，形成单晶CdS纳米线。附图说明图1是具体实施方式一合成的CdS纳米线的透射电镜(TEM)和高分辨-->透射电镜图(HRTEM)，图2是在反应温度为150℃的条件下合成出的珍珠状CdS纳米线的透射电镜图(TEM)，图3是具体实施方式一合成的CdS纳米线的紫外可见吸收谱和荧光谱图，图4是具体实施方式一合成的CdS纳米线的X射线(XRD)和电子衍射图(SAED)。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式无机分子簇单源前体合成CdS纳米线的方法按以下步骤进行：一、将25g十六烷基胺在120±5℃的条件下真空脱气2h；二、降低十六烷基胺温度至80±2℃，在氮气氛条件下将1.2g(Me4N)4[S4Cd10(SPh)16]加入十六烷基胺，然后以2℃/min的速度升温至200～240℃，并保持200～240℃5h；三、降低混合物温度至60±2℃；四、用无水甲醇离心分离、沉淀物再真空干燥，即得到CdS纳米线。本实施方式合成的CdS纳米线的产量为36g/L。本实施方式合成的CdS纳米线为单晶，长径比约7∶1。本实施方式合成的CdS纳米线为纤锌矿(Hexagonal)结构，具有量子限域效应。对CdS而言量子限域效应所显现的尺寸范围为6nm以下，而目前现有技术合成的CdS纳米线直径都在10nm以上，明显过大。本实施方式合成的CdS纳米线直径为4.0nm，表现出强的量子限域效应(如图3所示)；相对于量子点而言CdS纳米线在一维尺度上量子限域降低，其发射峰发生大的斯托克位移(如图3所示)。图3是本实施方式合成的CdS纳米线的紫外可见吸收谱和荧光谱，CdS纳米线最大吸收峰在410nm(a峰)，带边能量3.02ev高于CdS块体材料的带边能量2.45ev，表明所合成的纳米线具有明显的量子限域效应；所得CdS纳米线最大荧光发射峰在590nm(b峰)，相对于吸收带边红移且发生较大的斯托克漂移。图4是本实施方式合成的CdS纳米线的X射线(XRD)和电子衍射图(SAED)，由图中XRD的002、102、110、103和112峰可知CdS纳米线为Hexagonal结构(JCPDS file No.41-1049)；较宽的峰表明所制备的CdS纳米线在纳米范围之内。图4中SAED所显示的清晰的衍射环表明CdS纳米线具有高的结晶性质，这同HRTEM观察结论相一致。本实施方式合成的是单晶CdS纳米线(如图1所示，图1中本实施方式合成的CdS纳米线的平均直径为4纳米左右，长度为30nm左右，长径比约为-->7∶1；CdS纳米线分散均匀，没有团聚现象，说明HDA很好的在纳米线外形成包覆层；从HRTEM图可以看出所合成的CdS纳米线为单晶，且其长度方向沿(002)面择优取向生长)；而在低温反应条件下(150℃)合成出的是珍珠状(necklace)CdS纳米线，不具有完整的单晶，在纳米线晶格中存在“脖子neck”结构(如图2所示)。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤四中无水甲醇离心的沉淀物用甲苯溶解，再加入甲醇体积1～2倍的无水甲醇再次离心分离。其它步骤及参数与实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤四中在8000～1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无机分子簇单源前体合成ＣｄＳ纳米线的方法，其特征在于无机分子簇单源前体合成ＣｄＳ纳米线的方法按以下步骤进行：一、将２５ｇ十六烷基胺在１２０±５℃的条件下真空脱气２ｈ；二、降低十六烷基胺温度至８０±２℃，在氮气氛条件下将１．２ｇ（Ｍｅ↓［４］Ｎ）↓［４］［Ｓ↓［４］Ｃｄ↓［１０］（ＳＰｈ）↓［１６］］加入十六烷基胺，然后以２℃／ｍｉｎ的速度升温至２００～２４０℃，并保持２００～２４０℃５ｈ；三、降低混合物温度至６０±２℃；四、用无水甲醇离心分离、沉淀物再真空干燥，即得到ＣｄＳ纳米线。

【技术特征摘要】
1、一种无机分子簇单源前体合成CdS纳米线的方法，其特征在于无机分子簇单源前体合成CdS纳米线的方法按以下步骤进行：一、将25g十六烷基胺在120±5℃的条件下真空脱气2h；二、降低十六烷基胺温度至80±2℃，在氮气氛条件下将1.2g(Me4N)4[S4Cd10(SPh)16]加入十六烷基胺，然后以2℃/min的速度升温至200～240℃，并保持200～240℃5h；三、降低混合物温度至60±2℃；四、用无水甲醇离心分离、沉淀物再真空干燥，即得到CdS纳米线。2、...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡伟，李志国，隋解和，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]