專利名稱：基于ZnS的針狀納米結構的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新型的異質結構和空心結構納米材料的制備，特別是涉及 一種針尖狀的ZnS/ZnO殼芯異質結構及針尖狀ZnS空心納米結構的制備方法。
背景技術：
一維ZnO納米結構是一種典型的II-VI族半導體材料，也是一種優(yōu)異的壓 電材料，廣泛應用于光學、電學、以及納米極化電子器件等領域。另一方面， 基于一維ZnO的殼芯異質結構不僅同時具備二者的優(yōu)異性能以及因耦合作用 帶來的新的特性，還可以利用殼層的包覆作用抑制表面缺陷對于電子性質的影 響，極大地提高光電效率。制備特殊形貌的一維ZnO納米結構及其衍生結構， 特別是具有針尖狀形貌的結構，對于制備場發(fā)射電子器件及電子探針有重要的 意義。雖然目前人們已經制備出基于ZnO的零維及一維異質結構，如ZnS/ZnO， CdS/ZnO,Ag2S/ZnO，CuS/Zn0,以及ZnSe/ZnO異質結構，但是基于ZnO的針 狀殼芯異質結構目前仍鮮有報道。另外一方面，空心納米結構因其具有很高的 比表面積，在催化及能量存儲方面有潛在的應用， 一般地通過模板法、水熱/ 溶劑熱法、氣相蒸發(fā)法以及Kirkendall效應制備空心結構的納米球、納米管等， 而對于針尖狀的空心結構尚未有相關報道。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于ZnS的針狀納米結構的制備方法。本發(fā)明 是通過如下技術方案來實現的該方法采用金屬鋅片、六水合硝酸鋅 (Zn(N03)2'6H20)、氫氧化鉀(KOH)、硫代乙酰胺(CH3CSNH2)、無水乙 醇(C2H50H)和去離子水為原料，并按照如下步驟進行
制備ZnS/ZnO異質結構，采用如下步驟
a.在室溫下，將金屬鋅片用砂紙打磨光滑后置于無水乙醇溶液中，超聲處 理后取出晾干；將Zn(N03)2'6H20和KOH分別溶解在去離子水中，不斷攪拌， 制成溶液，在不斷攪拌的條件下將Zn(N03)2《H20溶液逐滴滴加到KOH溶液 中；將鋅片懸浮在上述混合溶液中，在20 。C條件下反應10h;反應完畢后取 出鋅片，用飽和KOH溶液、去離子水和無水乙醇清洗若干遍，在室溫下干燥；
3b.將CH3CSNH2溶解在去離子水中，不斷攪拌，制成1.5M的溶液，將
a中所得鋅片置于該溶液后，轉移到含聚四氟乙烯內襯的不銹鋼高壓釜內，密 封。在60。C 100。C條件下反應5h后取出鋅片，用去離子水和無水乙醇清洗 若干遍，在室溫下干燥即可。
制備ZnS空心納米結構，采用如下步驟
a. 在室溫下，將金屬鋅片用砂紙打磨光滑后置于無水乙醇溶液中，超聲處 理后取出晾干；將Zn(N03)2《H20和KOH分別溶解在去離子水中，不斷攪拌， 制成溶液，在不斷攪拌的條件下將Zn(N03)2，6H20溶液逐滴滴加到KOH溶液 中；將鋅片懸浮在上述混合溶液中，在20 r條件下反應10h;反應完畢后取 出鋅片，用飽和KOH溶液、去離子水和無水乙醇清洗若干遍，在室溫下干燥；
b. 將CH3CSNH2溶解在去離子水中，不斷攪拌，制成1.5M的溶液，將 a中所得鋅片置于該溶液后，轉移到含聚四氟乙烯內襯的不銹鋼高壓釜內，密 封。在10(TC 15(TC條件下反應5h后取出鋅片，用去離子水和無水乙醇清洗 若干遍，在室溫下干燥即可
本發(fā)明的有益效果是反應在溫和地條件下進行(6(TC 15(TC)，所用原 料易得，制備方法簡便，產率較高；通過改變反應參數，可以方便地得到針狀 的ZnS/ZnO異質結構及ZnS空心納米結構，該結構可應用于場發(fā)射電子器件、 電子探針及光催化等領域。
圖1為原始態(tài)針狀ZnO納米結構的透射電鏡照片；
圖2a是實施例1的針狀ZnS/ZnO殼芯異質結構透射電鏡照片；
圖2b是實施例1的針狀ZnS/ZnO殼芯異質結構針尖部位的能散X射線譜;
圖2c是實施例1的針狀ZnS/ZnO殼芯異質結構底端部位的能散X射線譜;
圖3a是實施例2的針狀ZnS空心納米結構的透射電鏡照片；
圖3b是實施例2的針狀ZnS空心納米結構底端部位的能散X射線譜；
圖3c是實施例2的針狀ZnS空心納米結構針尖部位的能散X射線譜。
具體實施例方式
實施例1:針狀ZnS/ZnO殼芯異質結構的制備金屬鋅片(20X20X0.2 mm3)用砂紙打磨光滑后置于無水乙醇溶液中， 超聲處理后取出晾干。配制0.5 M Zn(N03)2'6H20溶液和1.0 M KOH溶液， 將Zn(N03)2《H20溶液逐滴滴加到KOH溶液中，將鋅片懸浮在上述混合溶液 中，在2(TC條件下反應10h;反應完畢后取出鋅片，用飽和KOH溶液、去離 子水和無水乙醇清洗若干遍后，得到ZnO納米針，見圖1。在室溫下干燥后置 于1.5MCH3CSNH2溶液中，再轉移到含聚四氟乙烯內襯的不銹鋼高壓釜內， 密封。在90 'C條件下反應5 h后取出鋅片，用去離子水和無水乙醇清洗若干遍， 在室溫下干燥，即得到針狀的ZnS/ZnO殼芯異質結構(見圖2a-2c)。
實施例2:針狀ZnS空心納米結構的制備
金屬鋅片(20X20X0.2 mm3)用砂紙打磨光滑后置于無水乙醇溶液中， 超聲處理后取出晾干。配制0.5 M Zn(N03)2*6H20溶液和1,0 M KOH溶液， 將Zn(N03)2《H20溶液逐滴滴加到KOH溶液中，將鋅片懸浮在上述混合溶液 中，在2(TC條件下反應10h;反應完畢后取出鋅片，用飽和KOH溶液、去離 子水和無水乙醇清洗若干遍后，得到ZnO納米針，見圖l。在室溫下干燥后置 于1.5MCH3CSNH2溶液中，再轉移到含聚四氟乙烯內襯的不銹鋼高壓釜內， 密封。在12(TC條件下反應5h后取出鋅片，用去離子水和無水乙醇清洗若干 遍，在室溫下干燥，即得到針狀的ZnS空心納米結構(見圖3a-3c)。
權利要求
1.一種基于ZnS的針狀納米結構的制備方法，用以制備ZnS/ZnO異質結構，其特征是所述方法包括如下步驟a.在室溫下，將金屬鋅片用砂紙打磨光滑后置于無水乙醇溶液中，超聲處理后取出晾干；將Zn(NO3)2·6H2O和KOH分別溶解在去離子水中，不斷攪拌，制成溶液，在不斷攪拌的條件下將Zn(NO3)2·6H2O溶液逐滴滴加到KOH溶液中；將鋅片懸浮在上述混合溶液中，在20℃條件下反應10h；反應完畢后取出鋅片，用飽和KOH溶液、去離子水和無水乙醇清洗若干遍，在室溫下干燥；b.將CH3CSNH2溶解在去離子水中，不斷攪拌，制成1.5M的溶液，將a中所得鋅片置于該溶液后，轉移到含聚四氟乙烯內襯的不銹鋼高壓釜內，密封。在60℃～100℃條件下反應5h后取出鋅片，用去離子水和無水乙醇清洗若干遍，在室溫下干燥即可。
2. —種基于ZnS的針狀納米結構的制備方法，用以制備ZnS空心納米結 構，其特征是所述方法包括如下步驟a. 在室溫下，將金屬鋅片用砂紙打磨光滑后置于無水乙醇溶液中，超聲處 理后取出晾干；將Zn(N03)2，6H20和KOH分別溶解在去離子水中，不斷攪拌， 制成溶液，在不斷攪拌的條件下將Zn(N03)2，6H20溶液逐滴滴加到KOH溶液 中；將鋅片懸浮在上述混合溶液中，在20 'C條件下反應10h;反應完畢后取 出鋅片，用飽和KOH溶液、去離子水和無水乙醇清洗若干遍，在室溫下干燥;b. 將CH3CSNH2溶解在去離子水中，不斷攪拌，制成1.5M的溶液，將 a中所得鋅片置于該溶液后，轉移到含聚四氟乙烯內襯的不銹鋼高壓釜內，密封。在ioo°c i50 x:條件下反應5 h后取出鋅片，用去離子水和無水乙醇清洗若干遍，在室溫下干燥即可。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于ZnS的針狀納米結構的制備方法，所述方法包括以下步驟將打磨光滑后的金屬鋅片用無水乙醇超聲清洗后晾干；在不斷攪拌的條件下將六水合硝酸鋅溶液逐滴滴加到KOH溶液中；將鋅片懸浮在上述混合溶液中，在20℃條件下反應10h；反應完畢后取出鋅片，用飽和KOH溶液、去離子水清洗若干遍后晾干；將硫代乙酰胺溶解在去離子水中制成1.5M的溶液，將所得鋅片置于該溶液后轉移到高壓釜內，密封。在60℃～150℃條件下反應5h后取出鋅片，用去離子水和無水乙醇清洗若干遍后晾干。本發(fā)明可以制備出具有針尖狀的ZnS/ZnO異質結構或針尖狀的ZnS空心納米結構。該結構可應用于場發(fā)射電子器件、電子探針及光催化等領域。
文檔編號B82B3/00GK101624174SQ200910075038
公開日2010年1月13日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權日2009年7月30日
發(fā)明者孫宏宇, 張湘義 申請人:燕山大學