CN101786671B - 一种棒状硫化钴纳米晶的制备方法 - Google Patents

一种棒状硫化钴纳米晶的制备方法 Download PDF

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一种棒状硫化钴纳米晶的制备方法，将CoCl2·H2O加入到去离子水中得溶液A；向A溶液中加入Na2S2O3·5H2O或SC(NH2)2得溶液B；向B溶液中加入乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸二钠得溶液C；将C溶液倒入水热反应釜中，然后密封水热反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中，选择温控模式反应，反应结束后自然冷却到室温；打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤干燥即得最终产物CoS2纳米球。由于反应在液相中一次完成，不需要后期处理，并且工艺设备简单，所得的CoS2纳米大小均匀，直径可控，反应周期短，能耗低，可重复性高，操作方便，原料易得，制备成本较低因此这种方法具有广阔的应用前景。

Description

一种棒状硫化钴纳米晶的制备方法
技术领域
本发明涉及一种硫化钴纳米晶的制备方法，特别涉及一种棒状硫化钴纳米晶的制备方法。
背景技术
钴的硫化物可作为一种良好的弱磁半导体材料，又因其具有独特的光、电、磁、催化等性质而引起了国内外众多专家学者的广泛关注。钴的硫化物存在较多物相，如CoS、CoS2、Co2S3、Co3S4、Co4S3、Co9S8、Co1-xS等等，具有3d价电子壳层结构的过渡金属二硫化物，如FeS2，，CoS2，NiS2，NiSe2等通常具有黄铁矿结构，在光敏材料及高能量密度电池材料等方面将会有广泛应用。黄铁矿型的CoS2因其良好的光学、电学及弱磁性质引起了人们的极大兴趣。现有的关于CoS2的报道有：Chen Xianhui等在水热条条件下，以CoCl2和Na2S2O3为原料制备出CoS2纳米粉晶[CHEN Xianhui，FAN Rong.Low-Temperature Hydro thermal Synthesis of T ransit i on M etal D ichalcogenides[J].Chem M ater，2001，13：8022805.]，J.D.Passaretti等人通过将原料[Co NH3)6]Cl2和H2S在低温条件下硫化得到CoS2晶体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应周期短、反应温度低，大大降低了能耗，节约了成本，并且操作简单，重复性好，适合大规模生产的棒状硫化钴纳米晶的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)将分析纯的CoCl2·6H2O加入到去离子水中，制成Co2+浓度为0.01mol/L-2.0mol/L的透明溶液，所得溶液记为A；
2)向A溶液中加入分析纯的Na2S2O3·5H2O或SC(NH2)2，使得溶液中Co2+/S2O3 2-或Co2+/∶SC(NH2)2的摩尔浓度比为1∶0.5-1∶5，所得溶液记为B；
3)向B溶液中加入分析纯的乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸二钠，使得乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸二钠的浓度为0.0025mol/L-0.025mol/L，形成前驱物溶液，所得溶液记为C；
4)将上述制备的C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在60-80％；然后密封水热反应釜，将其放入MDS-6型温压双控微波水热反应仪中；选择温控模式或者压控模式进行反应，所述的温控模式的水热温度控制在80-180℃，压控模式的水热压力控制在0.5MPa-4.0MPa，反应时间控制在5min-30min，反应结束后自然冷却到室温；
5)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中在45℃干燥即得最终产物黑色棒状硫化钴纳米晶。
由于反应在液相中一次完成，不需要后期处理，并且工艺设备简单，所得的CoS2纳米大小均匀，直径可控，过控制反应温度和时间可以控制粒径大小在10-50nm之间。反应周期短，能耗低，可重复性高，操作方便，原料易得，制备成本较低因此这种方法具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实例1所制备的CoS2纳米棒的X-射线衍射(XRD)图谱。
图2为实例1所制备的CoS2纳米棒的扫描电镜(SEM)照片。
图3为实例2所制备的CoS2纳米棒的扫描电镜(SEM)照片。
具体实施方式
实施例1：1)将分析纯的六水氯化钴(CoCl2·6H2O)加入到去离子水中，制成Co2+浓度为0.05mol/L的透明溶液，所得溶液记为A；
2)向A溶液中加入分析纯的五水硫代硫酸钠(Na2S2SO3·5H2O)，使得溶液中Co2+/S2SO3 2-的摩尔浓度比为1∶1，所得溶液记为B；
3)向B溶液中加入分析纯的EDTA(乙二胺四乙酸)，使得乙二胺四乙酸的浓度为0.0025mol/L，形成前驱物溶液，所得溶液记为C；
4)将上述制备的C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在60％；然后密封水热反应釜，将其放入MDS-6型温压双控微波水热反应仪中；选择温控模式进行反应，控制水热温度为160℃，反应时间控制在10min，反应结束后自然冷却到室温；
5)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中在45℃干燥即得最终产物黑色CoS2纳米晶。
将所得的CoS2纳米棒用日本理学D/max2000PCX-射线衍射仪分析样品，发现产物为JCPDS编号为41-1471的立方相CoS2晶体(图1)。将该样品用日本JEOL公司生产的JSM-6390A型扫描电子显微镜(图2)进行观察，从照片可以看出所制备的是成棒状生长的CoS2纳米晶，但出现了团聚现象，不过棒状结构清晰可见。
实施例2：1)将分析纯的六水氯化钴(CoCl2·6H2O)加入到去离子水中，制成Co2+浓度为0.1mol/L的透明溶液，所得溶液记为A；
2)向A溶液中加入分析纯的硫脲(SC(NH2)2)，使得溶液中Co2+/∶SC(NH2)2的摩尔浓度比为1∶2，所得溶液记为B；
3)向B溶液中加入分析纯的乙二胺四乙酸二钠，使得乙二胺四乙酸二钠的浓度为0.005mol/L，形成前驱物溶液，所得溶液记为C；
4)将上述制备的C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在70％；然后密封水热反应釜，将其放入MDS-6型温压双控微波水热反应仪中；选择温控模式进行反应，所述的温控模式的水热温度控制在180℃，反应时间控制在5min，反应结束后自然冷却到室温；
5)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中在45℃干燥即得最终产物黑色CoS2纳米晶。
将所得的CoS2粉体用日本JEOL公司生产的JSM-6390A型扫描电子显微镜(图3)进行观察，从照片可以看出所制备的CoS2棒状结构形状规则，大小均匀。
实施例3：1)将分析纯的六水氯化钴(CoCl2·6H2O)加入到去离子水中，制成Co2+浓度为0.1mol/L的透明溶液，所得溶液记为A；
2)向A溶液中加入分析纯的五水硫代硫酸钠(Na2S2SO3·5H2O)，使得溶液中Co2+/S2SO3 2-的摩尔浓度比为1∶4，所得溶液记为B；
3)向B溶液中加入分析纯的乙二胺四乙酸二钠，使得乙二胺四乙酸二钠的浓度为0.006mol/L，形成前驱物溶液，所得溶液记为C；
4)将上述制备的C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在80％；然后密封水热反应釜，将其放入MDS-6型温压双控微波水热反应仪中；选择温控模式进行反应，所述的温控模式的水热温度控制在80℃，反应时间控制在25min，反应结束后自然冷却到室温；
5)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中在45℃干燥即得最终产物黑色CoS2纳米晶。
实施例4：1)将分析纯的六水氯化钴(CoCl2·6H2O)加入到去离子水中，制成Co2+浓度为0.8mol/L的透明溶液，所得溶液记为A；
2)向A溶液中加入分析纯的硫脲(SC(NH2)2)，使得溶液中Co2+/∶SC(NH2)2的摩尔浓度比为1∶0.5，所得溶液记为B；
3)向B溶液中加入分析纯的EDTA(乙二胺四乙酸)，使得乙二胺四乙酸的浓度为0.01mol/L，形成前驱物溶液，所得溶液记为C；
4)将上述制备的C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在75％；然后密封水热反应釜，将其放入MDS-6型温压双控微波水热反应仪中；选择压控模式进行反应，压控模式的水热压力控制在2MPa，反应时间控制在15min，反应结束后自然冷却到室温；
5)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中在45℃干燥即得最终产物黑色CoS2纳米晶。
实施例5：1)将分析纯的六水氯化钴(CoCl2·6H2O)加入到去离子水中，制成Co2+浓度为1.3mol/L的透明溶液，所得溶液记为A；
2)向A溶液中加入分析纯的五水硫代硫酸钠(Na2S2SO3·5H2O)，使得溶液中Co2+/S2SO3 2-的摩尔浓度比为1∶3，所得溶液记为B；
3)向B溶液中加入分析纯的EDTA(乙二胺四乙酸)，使得乙二胺四乙酸的浓度为0.02mol/L，形成前驱物溶液，所得溶液记为C；
4)将上述制备的C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在65％；然后密封水热反应釜，将其放入MDS-6型温压双控微波水热反应仪中；选择压控模式进行反应，压控模式的水热压力控制在0.5MPa，反应时间控制在30min，反应结束后自然冷却到室温；
5)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中在45℃干燥即得最终产物黑色CoS2纳米晶。
实施例6：1)将分析纯的六水氯化钴(CoCl2·6H2O)加入到去离子水中，制成Co2+浓度为2mol/L的透明溶液，所得溶液记为A；
2)向A溶液中加入分析纯的硫脲(SC(NH2)2)，使得溶液中Co2+/∶SC(NH2)2的摩尔浓度比为1∶5，所得溶液记为B；
3)向B溶液中加入分析纯的乙二胺四乙酸二钠，使得乙二胺四乙酸二钠的浓度为0.025mol/L，形成前驱物溶液，所得溶液记为C；
4)将上述制备的C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在70％；然后密封水热反应釜，将其放入MDS-6型温压双控微波水热反应仪中；选择压控模式进行反应，压控模式的水热压力控制在4MPa，反应时间控制在20min，反应结束后自然冷却到室温；
5)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中在45℃干燥即得最终产物黑色CoS2纳米晶。

Claims (1)

1.一种棒状硫化钴纳米晶的制备方法，其特征在于：
1)将分析纯的CoCl2·6H2O加入到去离子水中，制成Co2+浓度为0.01mol/L-2.0mol/L的透明溶液，所得溶液记为A；
2)向A溶液中加入分析纯的Na2S2O3·5H2O或SC(NH2)2，使得溶液中Co2+/S2O3 2-或Co2+/SC(NH2)2的摩尔浓度比为1∶0.5-1∶5，所得溶液记为B；
3)向B溶液中加入分析纯的乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸二钠，使得乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸二钠的浓度为0.0025mol/L-0.025mol/L，形成前驱物溶液，所得溶液记为C；
4)将上述制备的C溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在60-80％；然后密封水热反应釜，将其放入MDS-6型温压双控微波水热反应仪中；选择温控模式或者压控模式进行反应，所述的温控模式的水热温度控制在80-180℃，压控模式的水热压力控制在0.5MPa-4.0MPa，反应时间控制在5min-30min，反应结束后自然冷却到室温；
5)打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中在45℃干燥即得最终产物黑色棒状硫化钴纳米晶。 
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