專利名稱：一種以碳納米管為模板制備硫化鋅納米管的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種以碳納米管為模板制備硫化鋅納米管的方法，屬于納米技術領域。
背景技術：
制備具有特殊結構的納米材料，尤其是具有管狀結構的納米材料對提高材料性能、擴寬材料應用領域具有重要意義。其中，硫化鋅管狀結構由于其特殊的結構與性能，在光電、能源以及醫(yī)學領域都具有廣闊的應用前景，成為研究熱點。一方面，硫化鋅管狀結構具有高比表面積，管狀結構適合作為藥物載體，同時材料特有的熒光性質能夠對整個藥物輸運及代謝過程進行原位示蹤，在納米生物醫(yī)學領域具有潛在應用前景；另一方面，硫化鋅是很好的光催化劑，管狀納米結構有利于提高其光催化性能，在光催化分解有毒、有害物質以及光催化分解水制氫方面具有廣闊的應用前景。目前一般采用陽極氧化鋁模板法制備納米管，但是由于該方法存在產量低，顆粒較大，直徑較粗以及氧化鋁模板不能完全去除等缺點，極大的限制了納米管的制備及應用。
發(fā)明內容
針對現有制備納米管的方法存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種新的以碳納米管為模板制備硫化鋅納米管的方法。本發(fā)明提出的以碳納米管為模板制備硫化鋅納米管的方法，具體步驟如下
(1)將摩爾比為1:1的無機鋅源和硫粉加入到5-500ml的四氫呋喃溶液中，超聲分散；
(2)稱取5-100mg的多壁碳納米管加入到5-500ml的四氫呋喃溶液中，超聲分散；
(3)稱取摩爾含量與硫粉相同的硼氫化鈉，加入到5-500ml的四氫呋喃溶液中，超聲分
散；
(4)將步驟(1)得到的溶液加入到步驟(2)得到的溶液中，超聲分散均勻，然后將步驟 (3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，超聲反應；
(5)將步驟(4)所得到的反應產物用無水乙醇離心分離，真空干燥，在氧氣氣氛中熱處理，即得所需產品。本發(fā)明中，步驟(1)中所述無機鋅源可以是氯化鋅、硝酸鋅、硫酸鋅或醋酸鋅等中的任一種。本發(fā)明中，步驟(1)、步驟⑵、步驟(3)和步驟(4)中超聲時間均為l-120min，超聲功率均為100-400W。本發(fā)明中，步驟(5)中所述步驟(4)所得反應產物用無水乙醇離心1-10次，離心轉速控制在lOOO-lOOOOrpm之間。本發(fā)明中，步驟(5)中所述真空干燥溫度為20-200°C，時間為l_Mh。本發(fā)明中，步驟(5)中所述熱處理溫度為500-1000°C，時間為l_10h。
本發(fā)明提供一種制備硫化鋅納米管的技術，在四氫呋喃溶液條件下，通過超聲反應，以多壁碳納米管為模板制備得到直徑在100納米以下的硫化鋅納米管。該方法具有反應條件溫和、操作簡單、可重復性強等特點，該方法制備的硫化鋅納米管具有很高的比表面積以及規(guī)則的管狀結構，能夠更加有效地應用于藥物輸運；同時硫化鋅是很好的光催化劑， 管狀納米結構有利于提高其光催化性能，在光催化分解有毒、有害物質以及光催化分解水制氫方面具有廣闊的應用前景。
圖1是硫化鋅納米管的透射電鏡照片。圖2是硫化鋅納米管的掃描電鏡照片。
具體實施例方式以下結合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例1
(1)稱取2mmol的氯化鋅和2mmol的硫粉，加入到500ml的四氫呋喃中，超聲分散 120min，超聲功率400W;(2)稱取60毫克多壁納米管碳加入到500ml的四氫呋喃中，超聲分散120min，超聲功率400W ;(3)稱取2mmol的硼氫化鈉，加入到500ml的四氫呋喃中，超聲分散120min，超聲功率400W;(4)將步驟(1)得到的溶液加入到步驟(2)得到的溶液中，超聲分散均勻，然后將步驟(3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，繼續(xù)超聲反應120min，超聲功率400W ； (5)將步驟(4)得到的沉淀物用無水乙醇離心5次，所得產物在20°C下真空干燥Mh，接著在500°C氧氣氣氛中熱處理10小時。圖1和圖2分別是制備所得到的硫化鋅納米管的透射電鏡照片和掃描電鏡照片， 從圖中可以看出硫化鋅為均勻的中空管狀結構，直徑在IOOnm以下。實施例2:
(1)稱取2mmol的硝酸鋅和2mmol的硫粉，加入到500ml的四氫呋喃中，超聲分散 120min，超聲功率100W ； (2)稱取60毫克多壁納米管碳加入到500ml的四氫呋喃中，超聲分散120min，超聲功率100W ;(3)稱取2mmol的硼氫化鈉，加入到500ml的四氫呋喃中，超聲分散120min，超聲功率100W; (4)將步驟(1)得到的溶液加入到步驟(2)得到的溶液中，超聲分散均勻，然后將步驟(3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，繼續(xù)超聲反應120min，超聲功率100W ； (5)將步驟(4)得到的沉淀物用無水乙醇離心5次，所得產物在200°C下真空干燥lh，接著在500°C氧氣氣氛中熱處理10小時。其結果和實施例1相似。實施例3:
(1)稱取2mmol的醋酸鋅和2mmol的硫粉，加入到300ml的四氫呋喃中，超聲分散 60min，超聲功率200W ;(2)稱取60毫克多壁納米管碳加入到300ml的四氫呋喃中，超聲分散60min，超聲功率200W ； (3)稱取2mmol的硼氫化鈉，加入到300ml的四氫呋喃中，超聲分散60min，超聲功率200W ； (4)將步驟(1)得到的溶液加入到步驟(2)得到的溶液中，超聲分散均勻，然后將步驟(3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，繼續(xù)超聲反應60min，超聲功率200W ;(5)將步驟(4)得到的沉淀物用無水乙醇離心5次，所得產物在100°C下真空干燥 12h，接著在500°C氧氣氣氛中熱處理10小時。其結果和實施例1相似。
實施例4:
(1)稱取4mmol的硫酸化鋅和4mmol的硫粉，加入到500ml的四氫呋喃中，超聲分散 120min，超聲功率400W;(2)稱取100毫克多壁納米管碳加入到500ml的四氫呋喃中，超聲分散120min，超聲功率400W ;(3)稱取4mmol的硼氫化鈉，加入到300ml的四氫呋喃中，超聲分散120min，超聲功率400W ； (4)將步驟(1)得到的溶液加入到步驟(2)得到的溶液中， 超聲分散均勻，然后將步驟(3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，繼續(xù)超聲反應120min， 超聲功率400W ； (5)將步驟(4)得到的沉淀物用無水乙醇離心10次，所得產物在60°C下真空干燥Mh，接著在100(TC氧氣氣氛中熱處理1小時。其結果和實施例1相似。實施例5
(1)稱取Immol的氯化鋅和Immol的硫粉，加入到250ml的四氫呋喃中，超聲分散 60min，超聲功率400W ； (2)稱取30毫克多壁納米管碳加入到250ml的四氫呋喃中，超聲分散60min，超聲功率400W;(3)稱取Immol的硼氫化鈉，加入到150ml的四氫呋喃中，超聲分散60min，超聲功率400W ； (4)將步驟(1)得到的溶液加入到步驟(2)得到的溶液中，超聲分散均勻，然后將步驟(3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，繼續(xù)超聲反應120min，超聲功率400W ； (5)將步驟(4)得到的沉淀物用無水乙醇離心5次，所得產物在100°C下真空干燥 Mh，接著在800°C氧氣氣氛中熱處理3小時。其結果和實施例1相似。實施例6:
(1)稱取0. Olmmol的氯化鋅和0. Olmmol的硫粉，加入到5ml的四氫呋喃中，超聲分散lmin，超聲功率400W ;(2)稱取5毫克多壁納米管碳加入到5ml的四氫呋喃中，超聲分散lmin，超聲功率400W;(3)稱取0. Olmmol的硼氫化鈉，加入到5ml的四氫呋喃中，超聲分散lmin，超聲功率400W ； (4)將步驟(1)得到的溶液加入到步驟(2)得到的溶液中，超聲分散均勻，然后將步驟(3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，繼續(xù)超聲反應lmin，超聲功率 400W ； (5)將步驟(4)得到的沉淀物用無水乙醇離心1次，所得產物在20°C下真空干燥Mh， 接著在500°C氧氣氣氛中熱處理3小時。其結果和實施例1相似。
權利要求
1.一種以碳納米管為模板制備硫化鋅納米管的方法，其特征在于具體步驟如下(1)將摩爾比為1:1的無機鋅源和硫粉加入到5-500ml的四氫呋喃溶液中，超聲分散；(2)稱取5-100mg的多壁碳納米管加入到5-500ml的四氫呋喃溶液中，超聲分散；(3)稱取摩爾含量與硫粉相同的硼氫化鈉，加入到5-500ml的四氫呋喃溶液中，超聲分散；(4)將步驟(1)得到的溶液加入到步驟(2)得到的溶液中，超聲分散均勻，然后將步驟 (3)得到的溶液滴加到上述混合溶液中，超聲反應；(5)將步驟(4)所得到的反應產物用無水乙醇離心分離，真空干燥，在氧氣氣氛中熱處理，即得所需產品。
2.根據權利要求1所述的一種以碳納米管為模板制備硫化鋅納米管的方法，其特征在于步驟(1)中所述反應鋅源為氯化鋅、硝酸鋅、硫酸鋅或醋酸鋅中任一種。
3.根據權利要求1所述的一種以碳納米管為模板制備硫化鋅納米管的方法，其特征在于步驟(1)、步驟O)、步驟(3)和步驟(4)中超聲分散時間均為l-120min，超聲功率均為 100-400W。
4.根據權利要求1所述的一種以碳納米管為模板制備硫化鋅納米管的方法，其特征在于步驟(5)中所述步驟(4)所得反應產物用無水乙醇離心1-10次，離心轉速控制在 lOOO-lOOOOrpm 之間。
5.根據權利要求1所述的一種以碳納米管為模板制備硫化鋅納米管的方法，其特征在于步驟(5)中所述真空干燥溫度為20-200°C，時間為1-Mh。
6.根據權利要求1所述的一種以碳納米管為模板制備硫化鋅納米管的方法，其特征在于步驟(5)中所述氧氣氣氛熱處理溫度為500-1000°C，時間為l-10h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以碳納米管為模板制備硫化鋅納米管的方法。具體步驟為將摩爾比為1:1的無機鋅源和硫粉加入到四氫呋喃溶液中，超聲分散；稱取多壁碳納米管加入到四氫呋喃中，超聲分散；稱取摩爾含量與硫粉相同的硼氫化鈉，加入到四氫呋喃溶液中，超聲分散；將超聲分散之后的硼氫化鈉溶液滴加到由無機鋅源、硫粉和多壁碳納米管混合的四氫呋喃溶液中，超聲反應；所得到的反應產物用無水乙醇離心分離、真空干燥、高溫熱處理,得到的白色產物即為硫化鋅納米管。本發(fā)明制備反應條件溫和、方法簡單易行、可操作性強、重復性好、成本低，具有一定的普適性；所得硫化鋅納米結構具有很高的比表面積以及規(guī)則的空心管狀形貌，能夠更加有效地應用于藥物輸運；同時硫化鋅是很好的光催化劑，空心納米結構有利于提高其光催化性能，在光催化分解有毒、有害物質以及光催化分解水制氫方面具有廣闊的應用前景。
文檔編號B82Y40/00GK102275979SQ201110127920
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權日2011年5月18日
發(fā)明者張兵波, 時東陸, 王祎龍, 陳炳地 申請人:同濟大學