[发明专利]一种低温固相法制备纳米硫化锌及掺杂硫化锌的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，特别涉及纳米硫化锌及掺杂硫化锌的低温固相法制备。

背景技术

硫化锌是一种重要的半导体材料，由于具有荧光、磷光和红外透明等特性而广泛应用于发光、传感、红外窗口材料、光催化等诸多领域。掺杂硫化锌是应用广泛的发光材料，如荧光粉(ZnS:Cu，Al)，电致发光材料(ZnS:Mn)，光致发光材料(ZnS:Cu，Er)等。粒度对硫化锌及掺杂硫化锌材料的性能有着很大影响，因此制备纳米级硫化锌及掺杂硫化锌将有助于提高材料的性能，具有重要的实用价值。

纳米硫化锌及掺杂硫化锌的制备方法已有很多种，主要包括均相沉淀法、气液相沉淀法、胶体化学法、水热法、微乳液法、模板法、热分解法用法等。其中大多数方法只适用于实验室制备，不适于大量制备及工业化生产，而且有些方法还使用有毒的硫化氢气体。因此有必要探索简便易行的、环保的、可大批量制备纳米硫化锌及掺杂硫化锌的新方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、环保、成本低廉，适于大批量制备纳米硫化锌及掺杂硫化锌的方法。

本发明以醋酸锌和其他金属醋酸盐为金属离子来源，以硫脲为硫源，在一定量的尿素存在下，利用硫脲和尿素的低分解温度和配位特性，通过固相反应在较低温度下制备硫化锌及掺杂硫化锌纳米粉末。

一种低温固相法制备纳米硫化锌及掺杂硫化锌的方法，其特征是以醋酸锌、稀土醋酸盐或过渡金属醋酸盐、硫脲、尿素为原料，将经准确称量的原料分别置于研钵中研细后，再混合进行搅拌，然后将混合均匀的混合物放人坩埚中，在100～250℃下反应2～4小时，得到纳米硫化锌及掺杂硫化锌。原料中醋酸锌与稀土醋酸盐或过渡金属醋酸盐的摩尔比为90～100：10～0，硫脲的加入量与醋酸锌、稀土醋酸盐或过渡金属醋酸盐中金属离子的摩尔比为1：1，尿素的加入量为醋酸锌、稀土醋酸盐或过渡金属醋酸盐和硫脲总质量的1～15wt％。稀土醋酸盐为稀土醋酸盐为醋酸钕、醋酸钐、醋酸铕、醋酸铽、醋酸铥，过渡金属醋酸盐为醋酸锰、醋酸铜、醋酸银、醋酸镉。

X-射线衍射分析表明，所制备的纳米硫化锌及掺杂硫化锌具有立方晶系的闪锌矿结构。透射电镜测试表明样品的形貌基本为球形，平均粒径为40～50nm左右。电镜测试中观察到纳米粒子有团聚现象，这说明反应中原生的硫化锌及掺杂硫化锌纳米粒子的尺寸会更小。

本发明提供的制备方法的特点是能够在较低温度下获得硫化锌及掺杂硫化锌纳米粉末。该方法操作简单，不使用或产生有毒的硫化氢气体，耗能少，主要原料廉价易得，适于工业化生产。

具体实施方式

实施例1

硫化锌纳米粉末的制备：分别称取4.390g醋酸锌、1.522g硫脲和0.296g的尿素，在研钵中研细，将所有反应物混合均匀再充分研磨，然后将混合物放人坩埚中，在200℃下反应3小时，得到ZnS纳米粉末。平均粒径为50nm左右。

实施例2

硫化锌纳米粉末的制备：分别称取2.195g醋酸锌、0.761g硫脲和0.296g的尿素，在研钵中研细，将所有反应物混合均匀充分再研磨，然后将混合物放人坩埚中，在150℃下反应2小时，得到ZnS纳米粉末。平均粒径为40nm左右。

实施例3

掺杂5％铕的硫化锌纳米粉末的制备：分别称取3.293g醋酸锌、0.247g醋酸铕、1.199g硫脲和0.474g的尿素，在研钵中研细，将所有反应物混合均匀再充分研磨，然后将混合物放人坩埚中，在200℃下反应4小时，得到掺杂5％铕的ZnS:Eu纳米粉末。平均粒径为40nm左右。

实施例4

掺杂5％铽的硫化锌纳米粉末的制备：分别称取3.293g醋酸锌、0.252g醋酸铽、1.199g硫脲和0.474g的尿素，在研钵中研细，将所有反应物混合均匀再充分研磨，然后将混合物放人坩埚中，在200℃下反应4小时，得到掺杂5％铽的ZnS:Tb纳米粉末。平均粒径为40nm左右。

实施例5

掺杂5％锰的硫化锌纳米粉末的制备：分别称取3.293g醋酸锌、0.130g醋酸锰、1.199g硫脲和0.462g的尿素，在研钵中研细，将所有反应物混合均匀再充分研磨，然后将混合物放人坩埚中，在200℃下反应3小时，得到掺杂5％锰的ZnS:Mn纳米粉末。平均粒径为40nm左右。

实施例6

掺杂5％锰和铕的硫化锌纳米粉末的制备：分别称取3.293g醋酸锌、0.130g醋酸锰、0.247g醋酸铕、1.256g硫脲和0.493g的尿素，在研钵中研细，将所有反应物混合均匀再充分研磨，然后将混合物放人坩埚中，在200℃下反应3小时，得到掺杂1％锰和铕的ZnS:Mn，Eu纳米粉末。平均粒径为40nm左右。