一种ＣｄＳ／ＬＤＨｓ纳米透明复合薄膜材料的制备方法，属于半导体纳米复合薄膜材料技术领域。具体制备工艺包括以下步骤：（以石英片为基底，制备Ｃｄ有机酸配合物插层ＬＤＨｓ的透明复合薄膜；将该薄膜置于Ｈ↓［２］Ｓ气氛中，经气固相反应合成ＣｄＳ纳米粒子插层ＬＤＨｓ透明复合薄膜材料。本发明专利技术的优点在于：所制备的ＣｄＳ／ＬＤＨｓ复合薄膜平整光滑、均匀透明；实现了ＣｄＳ纳米粒子在ＬＤＨｓ层间的高度分散；通过调变硫化反应时间，可制备得到ＣｄＳ纳米粒子粒径可调的ＣｄＳ／ＬＤＨｓ透明复合薄膜材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体纳米薄膜材料
，具体涉及一种CdS/LDHs纳米透明复 合薄膜材料的制备方法。
技术介绍
CdS纳米薄膜材料具有显著的量子尺寸效应，在太阳能电池、成像和显示技术、光 催化以及传感器件等领域具有潜在的应用优势，因而受到广泛关注。CdS纳米粒子与其 他基质复合，有助于提高CdS光电性能，拓展了CdS材料的应用领域，因而CdS纳米复 合薄膜成为近年来的研究热点。文献报道了包含CdS纳米粒子的LB复合 薄膜。但LB膜热稳定性较差，且制备的纳米粒子易发生团聚。CdS纳米粒子与介孔材 料复合制备的薄膜，具有良好的化学稳定性和抗热性能，文献报道了CdS/介孔硅复合薄膜，然而介孔硅 与半导体纳米粒子间协同效应差，制备的CdS纳米粒子容易分解。水滑石(层状双金属复合氢氧化物Layered Double Hydroxides,简写为LDHs)是一 类阴离子型层状功能材料。此类材料特殊的结构及物化性能使其在光学、电学、磁学、 催化及医药等领域有着广泛的应用。半导体纳米粒子与LDHs复合的粉体材料己成功 制备(见中国专利申请200510086349.2)，但粉体材料存在着易流失、回收困难、不透明 等缺点。CdS纳米粒子插层LDHs透明复合薄膜的制备可以克服上述缺点，使其在催 化及传感器等领域的应用成为可能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。利 用LDHs的层间离子可交换性、层间限域效应及其薄膜的各向异性，制备Cd有机酸配 合物阴离子插层LDHs透明薄膜，通过气固相反应在LDHs薄膜层间合成CdS纳米粒 子，调变通入H2S气体的时间，可制得CdS纳米粒子粒径可调的纳米透明复合薄膜材 料。本专利技术的CdS/LDHs纳米透明复合薄膜材料的制备步骤如下A. 利用成核/晶化隔离法在全返混旋转液膜反应器中制备粒径分布均匀，层板二 价、三价阳离子摩尔比M^/M3^2 3，层间阴离子为N03—的LDHs前体；将Cd有机 酸配合物与LDHs在100 15(TC下反应4 24h，产物用去032水充分洗涤、离心，得 到Cd有机酸配合物插层LDHs浆液。B. 将厚度为lmm的石英片，先用5%的盐酸超声清洗5 10min，再用铬酸洗液 浸泡24h;用去离子水超声清洗5 10min除去表面污垢，再用无水乙醇洗涤2 3次， 烘干备用。C. 将Cd有机酸配合物插层LDHs浆液用去C02水配制成0.1 0.5g/ml悬浮液， 搅拌0.5 2h，在20 60'C下蒸发溶剂(见中国专利申请200510130781.7)，得到石英片 支撑的Cd有机酸配合物插层LDHs复合薄膜。D.将步骤C制得的薄膜平铺于反应装置中，通入H2S气体10 200min (H2S气 体的流速为优先选择50 100ml/min)，产物在N2气氛中保留l~12h小时，可得到CdS 纳米粒子插层LDHs透明复合薄膜材料。本专利技术所述的LDHs主体层板选择二价金属阳离子Mg2+、 &2+中的任何一种与三 价金属阳离子A产、&3+中的任何一种组合。所述的有机酸配体选择氨羧络合剂或羟羧络合剂；制备得到的Cd有机酸配合物带 有负电荷，在pH^6 9范围内能够稳定存在于溶液中。所述的氨羧络合剂或羟羧络合 剂包括乙二胺四乙酸、柠檬酸、氨三乙酸、环己二胺四乙酸。将上述材料进行XRD、 TEM、 UV-vis等表征，证明该方法成功制备CdS插层LDHs 纳米透明复合薄膜。XRD结构参数显示经Cd有机酸配合物插层后其层间距明显增加， (OOl)衍射峰显示CdS/LDHs薄膜具备完整的LDHs结构，(IIO)衍射峰消失显示薄膜中 LDHs粒子取向为延c轴方向。通入H2S气体后，XRD结构参数显示层状结构依旧保 持不变，I隱/Iw)6逐渐增大，说明LDHs层间生成的CdS粒子粒径呈递增趋势，导致LDHs 层间电荷密度分布发生变化。TEM照片显示在LDHs层间，CdS纳米粒子均匀分布， 粒子尺寸约4nm左右；图中CdS晶格条纹清晰可见，两组不同晶面的晶面间距分别为 0.312， 0.186nm与(101)， (103)晶面相对应，属纤锌矿六方晶系。UV-vis分析表明位于 430 480nm的吸收边显示出明显的量子尺寸效应，通过调变H2S气体的通入时间，可 制得CdS纳米粒子粒径可调的纳米透明复合薄膜材料。本专利技术的优点在于利用LDHs客体离子的可交换性及其薄膜的各向异性，将Cd 阳离子以有机配合物阴离子的形式引入LDHs层间，制备得到Cd有机酸配合物插层 LDHs透明薄膜，通过气固相反应在LDHs透明薄膜层间原位限域合成CdS纳米粒子， 调变通入H2S的时间，可制得CdS纳米粒子粒径可调的透明复合薄膜材料。所制备的 CdS插层LDHs纳米复合薄膜均匀致密，有很高透明性；原料来源丰富，价格低廉； 设备工艺简单，适于规模化生产。 附图说明图1为本专利技术实施例1所得到的LDHs-Cd(EDTAf及CdS/LDHs纳米透明薄膜的 数码照片。图2为本专利技术实施例1所得到的CdS/LDHs薄膜截面的扫描电镜照片(SEM)。 图3为本专利技术实施例1所得到的LDHs-Cd(EDTAf及CdS/LDHs纳米透明薄膜的 X-射线衍射谱图(曲线a为LDHs粉末样品，曲线b为LDHs-Cd(EDTAf薄膜，曲线 c-g分别为LDHs-Cd(EDTA)2-薄膜在H2S气氛中处理5， 10， 15， 20， 30min得到的样nn」o图4为本专利技术实施例1所得到的CdS/LDHs纳米透明薄膜的UV-vis光谱图(曲线 a-e分别为LDHs-Cd(EDTA,薄膜在H2S气氛中处理5， 10， 15， 20， 30min得到的样叩Jo图5为本专利技术实施例1所得到的CdS/LDHs纳米透明薄膜的透射电子显微镜照片 (TEM)。具体实施方式 实施例14步骤A:称取34.87g Mg(N03)2'6H20和25.51g A1(N03)3'9H20溶于250 mL去C02的水中，配制成混合盐溶液，另取16.32g NaOH溶于250 mL去C02的水中，室温下 迅速将碱溶液和混合盐溶液倒入全返混旋转液膜反应器中反应1 min，所得浆液在 100°C、 N2保护下晶化4小时，离心分离，洗涤至中性，即可得到Mg2Al-N03 LDHs 前体，其Mg2+/Al3+=2。步骤B:称取58.50g乙二胺四乙酸固体粉末加入盛有500ml去离子水的三口瓶中， 加热至8(TC后加入25.68gCdO固体，继续保持80'C反应，反应12h，用NaOH固体， 将反应液pH值调整为7 9，液体澄清。60。C下蒸发结晶，用乙醇重结晶2次，得 Na2Cd(EDTA)2- * 3H20晶体。步骤C:称取步骤A得到的Mg2Al-N03LDHs前体7.5g，称取步骤B制备的 Na2Cd(EDTAf*3H20晶体6.31g，调节溶液pH值为7左右，水热反应24h，产物用去 C02水洗涤五次以上，即得Cd有机酸配合物插层LDHs。步骤D.将厚度为lmm的石英片，先用5。/。的盐酸超声清洗5min，再用铬酸洗液 浸泡24h;用去离子水超声清洗5min除去表面污垢，再用无水乙醇洗涤2次，烘干备 用。步骤E:称取一定量步骤C制得的的产物，用去C02水配制成本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＣｄＳ／ＬＤＨｓ纳米透明复合薄膜材料的制备方法，其特征在于：制备步骤为： Ａ．利用成核／晶化隔离法在全返混旋转液膜反应器中制备粒径分布均匀，层板二价、三价阳离子摩尔比Ｍ↑［２＋］／Ｍ↑［３＋］＝２～３，层间阴离子为ＮＯ↓［３］↑［－］的ＬＤＨｓ前体；将Ｃｄ有机酸配合物与ＬＤＨｓ在１００～１５０℃下反应４～２４ｈ，产物用去ＣＯ↓［２］水充分洗涤、离心，得到Ｃｄ有机酸配合物插层ＬＤＨｓ浆液； Ｂ．将厚度为１ｍｍ的石英片，先用５％的盐酸超声清洗５～１０ｍｉｎ，再用铬酸洗液浸泡２４ｈ；用去离子水超声清洗５～１０ｍｉｎ除去表面污垢，再用无水乙醇洗涤２～３次，烘干备用； Ｃ．将Ｃｄ有机酸配合物插层ＬＤＨｓ浆液用去ＣＯ↓［２］水配制成０．１～０．５ｇ／ｍｌ悬浮液，搅拌０．５～２ｈ，在２０～６０℃下蒸发溶剂，得到石英片支撑的Ｃｄ有机酸配合物插层ＬＤＨｓ复合薄膜； Ｄ．将步骤Ｃ制得的薄膜平铺于反应装置中，通入Ｈ↓［２］Ｓ气体１０～２００ｍｉｎ，产物在Ｎ↓［２］气氛中保留１～１２ｈ小时，得到ＣｄＳ纳米粒子插层ＬＤＨｓ透明复合薄膜材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐新，王连英，张法智，段雪，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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