[发明专利]一种硫化铋纳米棒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及硫化铋(Bi₂S₃)，特指一种以硝酸铋、钨酸钠和硫代乙酰胺为原料的制备硫化铋纳米棒的方法，尤其是一种制备工艺简单，产品形貌均一的制备方法。

背景技术

纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使其在磁、光、电、敏感等方面呈现出常规材料不具备的特性，在电子、光学、催化、磁性、生物医学等材料以及涂料方面有广阔的应用前景。特别是一维纳米结构(如纳米棒、线、带等)，因其结构独特，在基础研究和工业应用中极具潜力。

硫化铋(Bi₂S₃)隶属四方晶系，通常为暗棕色粉末状固体，其中Bi原子以五配位的方式构成近似四方锥多面体的结构，Bi-S之间通过静电作用相互吸引。在自然界中，硫化铋广泛存在于辉铋矿，在传感器、光电半导体、热电半导体、电化学储氢等领域具有很高的应用前景。块状硫化铋在室温下带隙为1.3eV，属于直接带隙半导体材料，具有良好的光电效应和热电效应，在光电二极管和太阳能电池方面有很好的应用前景。且由于硫化铋纳米材料的光电转化效应相应于块状硫化铋材料得到了改良，使得硫化铋一维纳米结构在光电传感器和催化方面应用广泛。

然而，目前所报道的制备的硫化铋纳米棒的方法有一定的局限性，对产物的性质和形貌均有一定的影响。本发明所制备的硫化铋纳米棒形貌均一、比表面积大，因此在光催化以及太阳能电池的应用方面可以提供更多的活性位点，可以成为一个更有潜力的光催化以及太阳能电池材料。

发明内容

本发明目的是提供一种以硝酸铋、钨酸钠和硫代乙酰胺为原料，利用水热法来合成形貌均一稳定的硫化铋纳米棒的方法。

本发明通过以下步骤实现：

(1)制备钨酸铋花球：按照化学计量比称取钨酸钠溶于蒸馏水，搅拌至完全溶解，再按照化学计量比称取硝酸铋加入其中，搅拌至底部没有白色的颗粒沉淀，使钨酸钠和硝酸铋完全反应，调节溶液pH值至1，再继续搅拌使得溶液混合均匀；停止搅拌后，将所得溶液转移到内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，水热反应，待自然冷却至室温后，离心出白色固体，用蒸馏水和乙醇交替洗涤三次，离心，烘干，研磨至粉末状，得到钨酸铋花球。

所述水热温度为160-180℃，反应时间为16-24h。

所述溶于蒸馏水，蒸馏水的加入量为反应釜体积的60％

(2)制备硫化铋纳米棒：称取钨酸铋花球，溶于蒸馏水中，搅拌使其分散均匀。将硫代乙酰胺溶于其中，继续搅拌使得混合均匀；搅拌停止后，将所得溶液转移到内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，水热反应，待自然冷却至室温后，离心出黑色固体，用蒸馏水和乙醇交替洗涤三次，离心，烘干，研磨至粉末状。

所述热水温度为160-180℃，反应时间为16h-24h。

硫代乙酰胺的加入量使得S元素质量占钨酸铋的10％。

本专利用一种新的方式发明了硫化铋纳米棒，它的比表面积更大，活性更高，S原子与钨酸铋纳米片上的Bi原子反应，将纳米片变成纳米棒。

附图说明

图1是加入不同硫源的质量所对应产物的SEM图。图a到f对应的分别是硫元素的质量分别为1％、2％、4％、6％、8％、10％。可以看出，随着加入硫的量的增多，产物逐渐从纳米片状的钨酸铋转变为纳米棒状的硫化铋(10％)。

图2是加入硫源后不同水热反应时间所对应的SEM图；图a到f对应的反应时间分别是4h、6h、8h、12h、16h、24h。可以看出，随着反应时间的增加，产物的形貌也逐渐从由纳米片组成的花球状转变为纳米棒结构(16h以上)。

图3是钨酸铋和硫化铋的XRD图。图a是钨酸铋的XRD以及所对应的标准卡片PDF#39-0256，可以看出，所合成的钨酸铋与标准卡片的峰是吻合的；图b是硫化铋的XRD以及所对应的标准卡片PDF#65-3884，可以看出，通过本方法所合成的物质是纯的硫化铋，而且结晶性也非常好。

具体实施方式

实例1不同S源的质量比对产物形貌的影响

称取1mmol的钨酸钠溶于30ml蒸馏水，搅拌至完全溶解，再称取2mmol的硝酸铋加入其中，搅拌2h，底部没有白色的颗粒沉淀，使钨酸钠和硝酸铋完全反应，调节溶液pH至1，再继续搅拌30min；停止搅拌后，将所得溶液转移到50ml内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，水热反应，160℃反应24h，待自然冷却至室温后，离心出白色固体，用蒸馏水和乙醇交替洗涤三次，离心，烘干，研磨至粉末状。