專利名稱：一種微波水熱制備硫化鈷納米晶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硫化物納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微波水熱制備硫化鈷納米晶材料的方法。
背景技術(shù)：
金屬硫化物納米材料具有特殊的非線性性質(zhì)、熒光特性、量子尺寸效應(yīng)和其它的重要物理化學(xué)性質(zhì)，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。具有3d價電子殼層結(jié)構(gòu)的過渡金屬硫化物更是具有良好的光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)等性能，被廣泛應(yīng)用于高能量密度電池、太陽能光電材料，因而受到廣泛重視。而且納米硫化物由于量子尺寸效應(yīng)帶來的能級改變、能隙變寬，使微粒的發(fā)射能量增加，光學(xué)吸收向短波方向移動，具有更優(yōu)異的光電催化活性。硫化鈷就是過渡金屬硫化物中的一種材料，作為一種無毒、環(huán)保的硫化物材料，硫化鈷越來越多的引起了人們的高度重視。納米硫化鈷有著比大顆粒傳統(tǒng)硫化鈷更優(yōu)越的物理、化學(xué)、光學(xué)、顏料性能以及更為廣泛的用途。比如納米硫化鈷材料在超級電容器方面就有很好的應(yīng)用前景，眾所周知，最好的電容器材料二氧化釕(RuO2)的電容值為720-760ΡΡ， 而利用納米CoS作為電容器的材料，其電容值可達到SOSFglShujuan Bao, Changming Li, Chunxian Guo, Yan Qiao. Biomolecule-assisted synthesis of cobalt sulfide nanowires for application in supercapacitors[J]. Journal of Power Sources,2008, 180(1) :676-681]，而且硫化鈷廉價、無毒，所以在電容器方面有很好的應(yīng)用前景。由于其性質(zhì)的多樣性，以后必將在磁性材料、電子材料[Mingkui Wang，Alina Μ. Anghel, Benoit Marsan, Ngoc-Le Cevey Ha, Nuttapol Pootrakulchote，Shaik. M. Zakeeruddin, and Michael Gratzel. CoS Supersedes Pt as Efficient Electrocatalyst for Triiodide Reduction in Dye-Sensitized Solar Cells[J]. American Chemical Society. 2009， 44，131 :15976-15977]、光學(xué)材料以及高強、高密度材料的燒結(jié)、催化、傳感等方面擁有廣闊的應(yīng)用前景。目前，國內(nèi)外關(guān)于硫化鈷納米晶的制備的報道還不多，主要有P. Justin， G. Ranga Rao 等人[P. Justin,G. Ranga Rao. CoS spheres for high-rate electrochemical capacitive energy storage application[J]. International Journal of Hydrogen Energy. 2010,35(18) :9709_9715]利用 Co (CH3COOH)2. 2H20 禾口 L-半胱氨酸為原料合成了硫化鈷納米材料，BaoShujuan等人以CoCl2 ·6Η20和L-半胱氨酸為原料，利用生物輔助的水熱法制備出了硫化鈷納米線，Q. R. Hu 等人[Q. R. Hu, S. L. Wang, Y. Zhang, W. H. Tang. Synthesis of cobalt sulfide nanostructures by a facile solvothermal growth process[J]. Journal of Alloys and Compounds，2010，491 (1-2) :707_711]以 Co (NO3) 2 ·6Η20 和硫脲為原料，利用一種溫和的溶劑熱生長法制備出硫化鈷納米結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的水熱合成方法操作條件復(fù)雜且較為苛刻，經(jīng)常需要加入有毒的有機物作為溶劑，或者在合成過程中需要惰性氣體保護，需要在高溫高壓或者在低溫下長時間反應(yīng)，反應(yīng)周期長，而且成本高。微波是一種特殊的加熱方式，是頻率大約在300MHz 300GHz范圍內(nèi)的電磁波，它介于無線電波和紅外輻射之間。微波以每秒鐘300M 300G次進行周期性的變化，具有穿透性和選擇性。這種運動方式能使處于微波場中的物質(zhì)任何部分瞬間受到微波作用，從而改變極性粒子的微觀運動，即微波激發(fā)極性微觀粒子的偶極子轉(zhuǎn)向極化和界面極化，并迫使其按照微波的運動方式進行運動，使雜亂無章的微觀粒子趨向有序化，這就致使極性物質(zhì)的微觀運動行為受到高頻變化電磁場的強化和約束，結(jié)果導(dǎo)致能量損耗。在微波的作用過程中，損耗的能量被極性物質(zhì)吸收并轉(zhuǎn)化成為熱能等其他形式的能量，使微觀粒子的內(nèi)運動和它們之間的碰撞、摩擦被加強或減弱，造成微觀粒子自身能量改變，從而使其發(fā)生一些新的物理、化學(xué)變化。微波法作為一種均勻快速的加熱方法，使得合成納米粒子變得高效， 簡單而且重復(fù)性高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種微波水熱制備硫化鈷納米晶的方法。此方法操作簡單， 無需保護氣氛，且反應(yīng)時間短，反應(yīng)溫度低，能耗小，所得的硫化鈷納米晶結(jié)晶良好，粒徑分散較好，形貌完整，直徑可控，可重復(fù)性高。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)取0. 58g-4. 64g的分析純六水合硝酸鈷(Co (NO3) 2 · 6H20)溶于去離子水中，配置成40mL-80mL的紅色透明溶液A ；2)取0. 15g_1.20g的分析純硫代乙酰胺(TAA)，溶于溶液A中，攪拌得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 2-4. OmL質(zhì)量濃度為5%的氨水，得到含有沉淀的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應(yīng)釜中，控制其填充比為40% -80% ；密封水熱反應(yīng)釜后放入微波水熱反應(yīng)儀中；水熱溫度控制在150-220°C，反應(yīng)20-120min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；5)反應(yīng)結(jié)束后，打開微波水熱反應(yīng)釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌后放入60°C的真空干燥箱中進行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。本發(fā)明制備的硫化鈷納米晶結(jié)晶良好，顆粒均勻，晶粒尺寸約為10-50nm;且制備工藝簡單，操作方便，反應(yīng)周期短，溫度低，能耗小，制備成本較低。


圖1是本發(fā)明實施例1制備的硫化鈷納米晶的X-射線衍射(XRD)圖譜；圖2是本發(fā)明實施例1制備的硫化鈷納米晶的透射電子顯微照片。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。實施例1:1)取1. 16g的分析純六水合硝酸鈷(Co(NO3)2 · 6H20)溶于去離子水中，配置成 40mL的紅色透明溶液A ；2)取0.30g的分析純硫代乙酰胺(TAA)，溶于溶液A中，攪拌得溶液B;3)向溶液B中加入1. OmL質(zhì)量濃度為5%的氨水，得到含有沉淀的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應(yīng)釜中，控制其填充比為60% ；密封水熱反應(yīng)釜后放入微波水熱反應(yīng)儀中；水熱溫度控制在180°C，反應(yīng)60min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；5)反應(yīng)結(jié)束后，打開微波水熱反應(yīng)釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌后放入60°C的真空干燥箱中進行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。將所得的硫化鈷納米晶產(chǎn)品用X-射線衍射儀進行分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物為JCPDS編號為 65-3418 (圖1)。將該樣品用掃描電子顯微鏡進行觀察，可以看出所制備的樣品尺寸約為 20nm(圖 2)。實施例2 1)取0.58g的分析純六水合硝酸鈷(Co(NO3)2 ·6Η20)溶于去離子水中，配置成 50mL的紅色透明溶液A ；2)取0. 15g的分析純硫代乙酰胺(TAA)，溶于溶液A中，攪拌得溶液B;3)向溶液B中加入2. 3mL質(zhì)量濃度為5%的氨水，得到含有沉淀的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應(yīng)釜中，控制其填充比為80% ；密封水熱反應(yīng)釜后放入微波水熱反應(yīng)儀中；水熱溫度控制在170°C，反應(yīng)60min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；5)反應(yīng)結(jié)束后，打開微波水熱反應(yīng)釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌后放入60°C的真空干燥箱中進行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實施例3 1)取0.87g的分析純六水合硝酸鈷(Co(NO3)2 ·6Η20)溶于去離子水中，配置成 60mL的紅色透明溶液A ；2)取0.45g的分析純硫代乙酰胺(TAA)，溶于溶液A中，攪拌得溶液B;3)向溶液B中加入1. 6mL質(zhì)量濃度為5%的氨水，得到含有沉淀的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應(yīng)釜中，控制其填充比為40% ；密封水熱反應(yīng)釜后放入微波水熱反應(yīng)儀中；水熱溫度控制在150°C，反應(yīng)120min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；5)反應(yīng)結(jié)束后，打開微波水熱反應(yīng)釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌后放入60°C的真空干燥箱中進行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實施例4 1)取2. 32g的分析純六水合硝酸鈷(Co(NO3)2 · 6H20)溶于去離子水中，配置成 70mL的紅色透明溶液A ；2)取0.60g的分析純硫代乙酰胺(TAA)，溶于溶液A中，攪拌得溶液B;3)向溶液B中加入3. 5mL質(zhì)量濃度為5%的氨水，得到含有沉淀的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應(yīng)釜中，控制其填充比為70% ；密封水熱反應(yīng)釜后放入微波水熱反應(yīng)儀中；水熱溫度控制在20(TC，反應(yīng)50min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；5)反應(yīng)結(jié)束后，打開微波水熱反應(yīng)釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌后放入60°C的真空干燥箱中進行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實施例5 1)取3. 40g的分析純六水合硝酸鈷(Co(NO3)2 ·6Η20)溶于去離子水中，配置成80mL的紅色透明溶液A ；2)取0.85g的分析純硫代乙酰胺(TAA)，溶于溶液A中，攪拌得溶液B;3)向溶液B中加入0. 2mL質(zhì)量濃度為5%的氨水，得到含有沉淀的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應(yīng)釜中，控制其填充比為50% ；密封水熱反應(yīng)釜后放入微波水熱反應(yīng)儀中；水熱溫度控制在220°C，反應(yīng)20min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；5)反應(yīng)結(jié)束后，打開微波水熱反應(yīng)釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌后放入60°C的真空干燥箱中進行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。實施例6 1)取4. 64g的分析純六水合硝酸鈷(Co(NO3)2 ·6Η20)溶于去離子水中，配置成 50mL的紅色透明溶液A ；2)取1.20g的分析純硫代乙酰胺(TAA)，溶于溶液A中，攪拌得溶液B;3)向溶液B中加入4. OmL質(zhì)量濃度為5%的氨水，得到含有沉淀的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應(yīng)釜中，控制其填充比為80% ；密封水熱反應(yīng)釜后放入微波水熱反應(yīng)儀中；水熱溫度控制在160°C，反應(yīng)lOOmin，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；5)反應(yīng)結(jié)束后，打開微波水熱反應(yīng)釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌后放入60°C的真空干燥箱中進行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。
權(quán)利要求
1. 一種微波水熱制備硫化鈷納米晶的方法，其特征在于1)取0.58g-4. 64g的分析純六水合硝酸鈷(Co(NO3)2 · 6H20)溶于去離子水中，配置成 40mL-80mL的紅色透明溶液A ；2)取0.15g-1.20g的分析純硫代乙酰胺(TAA)，溶于溶液A中，攪拌得溶液B;3)向溶液B中加入0.2-4. OmL質(zhì)量濃度為5%的氨水，得到含有沉淀的水溶液C ；4)將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應(yīng)釜中，控制其填充比為40%-80% ；密封水熱反應(yīng)釜后放入微波水熱反應(yīng)儀中；水熱溫度控制在150-220°C，反應(yīng)20-120min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；5)反應(yīng)結(jié)束后，打開微波水熱反應(yīng)釜，通過離心分離收集樣品，將收集的樣品分別用去離子水、乙醇洗滌后放入60°C的真空干燥箱中進行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。
全文摘要
一種微波水熱制備硫化鈷納米晶的方法，將六水合硝酸鈷溶于去離子水中得溶液A；將硫代乙酰胺(TAA)溶于溶液A中得溶液B；向溶液B中加入氨水，得到含有沉淀的水溶液C；將水溶液C均勻的加入到微波水熱反應(yīng)釜中，密封水熱反應(yīng)釜后放入微波水熱反應(yīng)儀中進行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；打開微波水熱反應(yīng)釜，通過離心分離收集樣品，將樣品在真空干燥箱中進行干燥，得到黑色的硫化鈷納米晶。本發(fā)明制備的硫化鈷納米晶結(jié)晶良好，顆粒均勻，晶粒尺寸約為10-50nm；且制備工藝簡單，操作方便，反應(yīng)周期短，溫度低，能耗小，制備成本較低。
文檔編號C01G51/00GK102502888SQ20111037580
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者吳建鵬, 孫瑩, 曹麗云, 李碧, 黃劍鋒 申請人:陜西科技大學(xué)