不同晶型納米cds的合成及其光催化活性【文獻綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設計文獻綜述</b></p><p><b>　　紡織工程</b></p><p>　　不同晶型納米CdS的合成及其光催化活性</p><p><b>　　一、前言部分</b></p><p>　　納米科學技術((Nano-ST)是20世紀80

2、年代中期誕生并正在迅猛發(fā)展的前沿性、交叉性的高科技新興學科領域[1]。它是研究由尺寸在0.1～100nm之間的物質組成體系的運動規(guī)律和相互作用以及可能在實際應用中的技術問題的一門科學技術[2]。</p><p>　　一般來說，納米科學是研究納米尺度范疇內物質運動和變化的科學，而在同樣尺度范圍內對原子、分子等進行操縱和加工的技術則為納米技術。從廣義上講，納米科學技術不僅是尺度的納米化，而是在一種有別于宏觀和微觀領域

3、的介觀領域中認識和改造自然，使人類進入嶄新世界的科學技術。納米科技的研究內容包括：創(chuàng)造和制備優(yōu)異性能的納米材料；設計、制備各種納米器件和裝置;探測和分析納米區(qū)域的性質和現(xiàn)象。納米科技主要包括納米體系物理學、納米化學、納米材料學、納米生物學、納米電子學、納米加工學和納米力學等7個相對獨立的部分。</p><p>　　CdS是一種被廣泛研究的重要的光電和光催化材料[3]，但普通CdS易發(fā)生光腐蝕，因此其光催化性能一直

4、不理想。 而納米CdS由于粒徑變小，使其能隙變寬，在激發(fā)光照條件下生成的光生電子和空穴的氧化、還原能力增強；同時比表面積增大，有利于對反應物的吸附；光生電子從體相向表面的遷移速。CdS有立方閃鋅礦和六方纖鋅礦相兩種晶型。其中立方CdS是亞穩(wěn)相，在加熱情況下轉化為六方CdS相，不易得到，因此目前關于穩(wěn)定的六方CdS相的合成與研究報道較多。</p><p>　　CdS是一種典型的Ⅱ一Ⅵ族直接寬帶隙半導體材料，具有很高

5、的導電、導熱性能和化學穩(wěn)定性及良好的紫外吸收性能，廣泛應用于光電導、壓電晶體、窗口材料和激光材料等方面。隨著納米材料的興起，各種形貌的CdS納米材料不斷被制備出來，CdS納米材料具有不同于塊體材料和單個分子的獨特物理化學性質[4]，在太陽能電池[5]、光催化[6]和發(fā)光二極管[7]等領域具有廣闊的應用前景，因而CdS納米材料的制備引起了研究者的高度重視。</p><p>　　1972年，F(xiàn)ujishima等[8]

6、發(fā)現(xiàn)TiO2電極光分解水制，自此該反應受到了廣泛關注，但TiO2光催化劑的禁帶寬度>3.0eV，只能利用太陽光的紫外部分硫化鎘是一種典型的光電半導體材料，由于其禁帶寬度在2.4eV左右，具有很高的光催化活性，可實現(xiàn)可見光分解水制氫，此研究領域一直十分活躍[9]。</p><p><b>　　二、主題部分</b></p><p>　　2.1 制備方法 </

7、p><p>　　納米硫化鎘的制備方法大致可分為三種：固相法、液相法和氣相法。固相法是將固體反應物研細后直接混合，在研磨等機械作用下發(fā)生化學反應，進而制得納米顆粒，具有工藝簡單、產率高、顆粒粒子穩(wěn)定性好等優(yōu)點。氣相法主要是氣相沉積法、噴霧熱分解法、磁電濺射法等，該方法生成顆粒呈球狀、分布均勻且不易團聚。液相法主要有微乳法(或反膠束法)、乳狀液法、水熱合成法、(快速)均勻沉淀法、溶膠一凝膠法、金屬配合物熱降解法等，液相法

8、生成的納米顆粒具有粒徑細小、化學組成和粒徑大小易于控制等特點。</p><p>　　2.1 .1 固相法 </p><p>　　室溫固相反應法是指將固體反應物研磨后直接混合，在機械作用下發(fā)生化學反應，進而制得納米顆粒，是一種近年來新興起的合成方法。有操作簡單、無需溶劑、反應條件容易把握、產率高、制得的顆粒穩(wěn)定性好等優(yōu)點。</p><p>　　唐文華等以CdC12&#

9、183;2.5H2O和CH3CSNH2為原料，用低溫固相反應制備出了立方晶系結構的納米硫化福，粒徑約為15~25nm。用室溫固相反應制備的納米硫化鎘，微粒粒徑約為15~30nm。曹潔明等[7]以NaS·9H2O和Cd(CH3COO)2·2H2O為原料，用聚乙二醇400做表面活性劑，在聚四氟乙烯容器中微波加熱，通過改變加熱方式制備出了粒徑較均勻，平均粒徑為8~12nm的硫化鎘粉體。</p><p&g

10、t;　　2.1.2 液相法</p><p>　　2.1.2.1 沉淀法</p><p><b>　?。?）均相沉淀法 </b></p><p>　　均相沉淀法是指沉淀離子之間在溶液中直接發(fā)生反應，沉淀劑緩慢而均勻地在溶液中產生，從而使沉淀在溶液中均勻緩慢地出現(xiàn)的沉淀方法.均相沉淀法不外加沉淀劑，而是使沉淀劑在溶液中緩慢地生成，消除了沉淀劑的

11、局部不均勻性.因此利用均相沉淀法可制備出顆粒均勻、結晶較好、純凈易過濾的納米粉體。</p><p>　　蘇凌浩等[10]以采用脈酶誘發(fā)均相沉淀法，以硝酸鎘和硫代乙酰胺為原料，利用服酶催化尿素分解制備CdS納米微粒。此方法說明利用酶的高效催化作用，誘發(fā)均勻沉淀來合成納米顆粒有一定的實用性。莊云龍等[11]合成出了粒徑為60~70nm的硫化鎘顆粒，并且研制了納米硫化鎘PVC膜電極，具有良好的性能。</p>

12、<p>　?。?）化學水浴沉淀法</p><p>　　陶新永等[12]以應用化學水浴沉淀法，合成了具有特殊形貌的由納米顆粒呈輻射狀排列而成的CdS微米球，是結晶良好的六角結構。產物還具有較好的光致發(fā)光性能。</p><p>　　2.1.2.2 水熱合成法</p><p>　　水熱合成法是以水作為反應介質，在具有高溫、高壓反應環(huán)境的密閉高壓釜內進行的非

13、均相反應.具有合成溫度低、條件溫和、體系穩(wěn)定、組分不易揮發(fā)、無雜質混人等優(yōu)點。水熱法可以制備出細小的CdS微晶，在水熱晶化過程中能有效地防止納米硫化物氧化。</p><p>　　聶秋林等[13]國采用水熱合成法，通過加人不同的絡合劑，分別制得了硫化鎘納米棒和硫化鎘納米顆粒。當以乙二胺、甲胺為模板時，eds晶體形貌分別是(20~30)nm×(200~600)nm和(40~50)nm×(200~6

14、00)nm的納米棒；而以毗嚨、氨為模板劑時，CdS晶體形貌分別是平均尺寸約30nm和20nm的納米顆粒。許榮輝等[ 14]以醋酸福和3-巰基丙酸為原料，制備出了尺寸小于10nm，具有強光致熒光的閃鋅礦型立方CdS半導體納米晶。</p><p>　　2.1.2.3 溶劑熱合成法</p><p>　　溶劑熱合成法是對水熱法的發(fā)展，是近年來發(fā)展起來的新型納米材料制備方法。它是用有機溶劑代替水作

15、介質，擴大了水熱合成法的應用范圍，同樣能在較低溫度和壓力下制備出通常需要在極端條件下才能制得的納米顆粒。</p><p>　　蓋紅德等[ 15]以CdC12·2.5H2O、琉基乙酸為原料，聚乙烯醇為輔助劑，用乙二胺作為溶劑，制備出了CdS納米線。這些納米線表面光滑，直徑均勻，平均直徑僅為10nm，長約70nm，為六方纖鋅礦構型，結晶度良好，并且對納米線生長機理進行了探討.湯嘉立等以氯化鎬和硫粉作為反應前

16、驅物，在雙表面活性劑十八胺和油酸存在下，合成出了單分散性閃鋅礦硫化鎘納米晶，粒徑大小在13nm。該樣品具有很好的發(fā)光性能，并初步研究了硫化鍋納米晶的形成機理。</p><p>　　2.1.2.4 溶膠—凝膠法</p><p>　　溶膠—凝膠法是指使易于水解的金屬化合物在相應的溶劑中與水反應，經(jīng)過水解與縮聚過程逐漸凝膠化，再經(jīng)干燥或燒結等處理得到納米材料的一種方法。</p>

17、<p>　　曹維良等[14]利用溶膠—凝膠法制備出了PVP表面修飾的硫化隔納米晶體實驗得出，不同的Cd2+/S2-對產物粒徑有明顯影響，當S2-過剩時，合成了最小粒徑7~10nm閃鋅礦構型的納米粒子。黃風華等合成了硫脲表面修飾的納米粒子CdS/SC(NH2)2，通過改變硫脲的用量，產物都為立方晶系結構，粒徑大部分在6~11nm和5nm的硫化鎘納米粒子，并且用粒徑小的CdS/SC(NH2)2納米粒子，測定其加人小牛胸腺DNA后的

18、熒光光譜變化，該研究結果為其在DNA分析測定中的應用奠定了基礎。</p><p>　　2.1.2.5 微乳液法</p><p>　　微乳液法是利用兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成均勻的乳液，固相從乳液中析出，從而使成核、生長、團聚等過程局限在一個微小的球形液滴內，進而獨立形成納米顆粒的一種化學方法。微乳液法避免了顆粒之間的進一步團聚，采用此法制得的納米顆粒具有粒度分布較窄且容易

19、控制的優(yōu)點，因此微乳液法是合成硫化鎘納米材料的較好方法。</p><p>　　李永紅[15]采用微乳液法合成出了直徑約12nm，六方型CdS納米棒。并且對CdS的電化學催化性能進行了測試，結果表明CdS納米棒對硫化鈉/多硫化鈉電極反應具有較高的電催化活性。減金鑫等[ 16]以月桂醇聚氧乙烯醚/水/環(huán)己烷/正丁醇四元微乳液為介質，通過改變水與表面活性劑物質的量的比，制備出了六方晶系結構的CdS納米顆粒.研究還表明，

20、隨著水與表面活性劑物質的量的比的增加，顆粒粒徑逐漸變小，達10nm以下。</p><p>　　2.1.2.6 模板合成法</p><p>　　王強等[ 17]剛以氯化鎬和硫代乙酰胺為原料，以十六烷基三甲基溴化銨的棒狀膠束為模板，與環(huán)己烷混合，超聲振蕩加人NaOH溶液，洗滌得到了直徑為26~48nm、長度為240~1200nm的CdS納米棒。研究表明:通過調節(jié)加人環(huán)己烷的量來控制納米棒的長

21、度.李林剛等[ 18]在室溫條件下，將CS2與正丁胺溶液磁力混合攪拌均勻，再加人CdC12溶液，磁力攪拌使其反應生成沉淀，將沉淀冷卻至室溫陳化、洗滌、真空干燥制得直徑約為10nm的CdS。用CdS作催化劑，在紫外光和太陽光下，甲基橙脫色率均在99%以上。</p><p>　　2.1.3 氣相法</p><p>　　2.1.3.1 物理氣相沉積法</p><p>

22、　　劉春霞等[ 19]在外加電場的作用下，用物理熱蒸發(fā)法制備出了平均寬度為25nm，厚80nm，長達幾毫米的硫化鎘納米帶。Wu等[ 20]采用物理氣相沉積法制備出了具有魚刺形立方相CdS量子線，其直徑在50~100nm，長度達到幾十微米。</p><p>　　2.1.3.2 化學氣相沉積法</p><p>　　化學氣相沉積法是指將金屬原料加熱生成蒸汽，通過化學反應合成化合物，在有保護氣或

23、合適的條件下快速凝聚成所需的納米顆粒陣。此法是通過蒸汽反應過程進行的，因此生成納米顆粒具有顆粒均勻、純度高、粒徑小、化學反應活性高等優(yōu)點。但采用此方法制備納米材料所需條件（催化劑、基底的處理、反應過程的控制等）要求高，成本也較高，所以在應用上不如液相法廣泛。</p><p>　　2.1.4 其他方法</p><p>　　2.1.4.1 微波法</p><p>　

24、　微波法具有加熱快、反應靈敏、熱能利用率高、產品質量高等優(yōu)點，為金屬硫化物納米材料的合成提供了一條簡單、快捷的途徑，具有廣闊的應用前景，豐富了納米硫化物的合成方法。程偉青等圈用微波法成功合成了粒徑約12nm，分散性較好的CdS納米粒子。還確定了最佳合成質量較高的CdS的條件。結果表明制得的CdS可用于痕量Cu2+的測定.廖學紅等[20]通過微波輻射加熱，以硝酸鎘和硫代乙酰胺為原料，在十二烷基硫酸鈉的水溶液中合成了立方晶相，粒徑約為4~8

25、nm的半導體納米CdS粒子。</p><p>　　2.1.4.2 輻射合成法</p><p>　　陳永康等采用電子束輻照法在常溫常壓下，合成了形貌呈球狀顆粒，平均粒徑為15nm硫化鎘粒子，為面心立方結構晶體。研究還表明，在一定范圍內，隨著聚乙烯醇濃度的增大，納米粒子的粒徑相應減小。</p><p>　　2.2 CdS納米材料的研究方法</p><

26、;p>　　對于納米固體材料而言，首先考慮的是這種材料的性能。但為了更好地了解其性能產生的機理和材料與性能之間的聯(lián)系，對其進行表征以確定其組成、結構、形貌、完整度等則是非常必要的。同時，利用合適的方法對其的特性進行檢測，使其功能性得以表達并對功能的好壞進行評價，也是十分重要。納米微粒的小尺寸效應、量子尺寸效應、量子限域效應和表面效應的存在，使其在光譜學性能方面表現(xiàn)出許多塊材所不具備的特性。目前，用于表征納米棒的方法與手段主要有：透射

27、電子顯微鏡(TEM)，D/max-RA轉靶X射線衍射儀(XRD)，UV-2550紫外分光光度計，傅立葉變換紅外光譜儀。</p><p>　　透射電子顯微鏡(TEM)</p><p>　　對于材料科學的研究而言，TEM已經(jīng)成為一種不可或缺的研究工具，以致于在今天，己經(jīng)很難想像如果沒有TEM的幫助，我們該如何深入開展材料科學的研究工作。透射電鏡是以波長極短的電子束做輻射源，用電磁透鏡聚焦成像的

28、一種具有高分辨、高放大倍數(shù)的電子光學儀器。它可以直接對納米材料的形貌、結構進行觀察，獲取直觀的信息。</p><p>　　D/max-RA轉靶X射線衍射儀(XRD)</p><p>　　X射線衍射法是目前測定晶體結構的重要手段，應用極為廣泛。各種晶體結構都可用X射線衍射法來測定。通過X射線衍射還可以測定顆粒的大小。</p><p>　?。?）UV— 2550紫外分光

29、光度計</p><p>　　UV-2550的波長掃描范圍可以擴展到1100 nm。實現(xiàn)了包括近紅外區(qū)域在內的低雜散光和具備在寬范圍波長的高能量特性，在900nm以上的長波長區(qū)域也能準確測定。適于測定半導體領域，用于YAG激光（約1064 nm）等各種光學 部件、材料等。測光類型：吸光度，透射率，反射率，能量。</p><p>　　（4）傅立葉變換紅外光譜儀</p><p

30、>　　傅立葉紅外光譜儀,能滿足不同學科對材料結構分析的需要，同時要又能提供準確、可靠的紅外光譜以及數(shù)據(jù)分析的能力。美國尼高力公司的FT-IR系統(tǒng)不僅具有高精度地對普通樣品進行快速紅外分析的基本功能，而且對液體、粉末、薄膜等難制樣樣品同樣具有高分辨率、高靈敏度地測試及未知物基團的透射、反射、吸收光譜測試；能夠覆蓋至近紅外、中紅外、遠紅外的光譜掃描能力；具有快速掃描、快速采集數(shù)據(jù)的功能，提供與其他測試儀器進行聯(lián)機、同步測量的擴展接口；

31、能夠廣泛應用于材料科學、化學、物理學、生物醫(yī)藥學、納米科技等領域。</p><p><b>　　三、總結部分</b></p><p>　　綜上所述，納米硫化鍋的合成技術各有優(yōu)缺點，根據(jù)實際應用的需要和現(xiàn)實條件，優(yōu)點繼續(xù)保持，對缺點進行優(yōu)化，選擇一種或幾種合適的方法制備所需要的納米硫化鎘或進行修飾的硫化鎘，使納米硫化鎘的特性得到最大發(fā)揮。同時，隨著納米CdS應用領域的不

32、斷深化，必然會對納米硫化鎘合成技術提出更高的要求，再加上前人在納米材料合成研究領域積累了豐富的實踐經(jīng)驗，為其應用領域的不斷拓展奠定了基礎。</p><p><b>　　四、參考文獻</b></p><p>　　[1]朱靜. 納米材料和器件[M]. 北京:清華大學出版社, 2003.</p><p>　　[2]張立德, 牟季美. 納米材料與納米結

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