CN1323027C - 可溶于水相的硒化铅纳米材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是提供一种可溶于水相的硒化铅纳米材料的制备方法。本方法采用醋酸铅和硒脲分别为铅源和硒源，以疏基乙酸、疏基丙酸、半胱氨酸、硫甘油、疏基乙醇等为包覆剂，通过在60℃～180℃条件下反应15分钟～90分钟，得到一种水相硒化铅纳米材料。该水相硒化铅纳米材料的形貌有纳米颗粒、纳米棒、纳米线，且尺寸可控。本发明合成的硒化铅纳米晶产率高、尺寸分布较窄，形状规整且可重复性强。本发明的条件温和，制备成本低廉，合成路线简单，环境污染小，更有利于未来大规模的工业化生产及理论上的研究。

Description

可溶于水相的硒化铅纳米材料的制备方法
技术领域
本发明涉及制备可溶于水相的硒化铅纳米材料的制备方法。
背景技术
纳米材料特别是纳米半导体材料的研究被公认为是二十一世纪最有前途的学科之一。而对一维或准一维纳米半导体材料的制备和研究将有助于在原子或分子水平上认识晶体的成核与生长，有助于进一步探索量子尺寸效应及独特的物理化学性质之间的关系，对将来实现在分子水平上设计、制造微电子器件具有重要的指导意义。尤其是一维半导体纳米材料因其具有独特的理化性质和在纳米器件上的潜在的应用，引起了人们极大的兴趣。硒化铅是一种半导体材料，能够引起科学家的兴趣在于其独特的性质，它的禁带位于中红外区以及可见光区，它可应用于红外检测器和热成像中，并且这类材料的结构经过调节可以对某些指定频率的红外光更加敏感。另外，硒化铅的电子、空穴、激子的玻尔半径相对较大，分别为23nm、23nm、46nm，提供了一个接近这种极端量子限制区域的途径，因此具有强量子限制的所有特点，比如受表面效应影响比较小。硒化铅有更强的包括高介电值及小的电子与空穴的有效质量使其量子效应更显著，也造成其玻尔半径为硒化镉的八倍之多。因此，硒化铅纳米晶可应用于光电子、生物等领域。如何有效地制备和控制不同形状及尺寸的硒化铅纳米材料是近些年来很多研究人员探索的课题。
到目前为止，可以采取许多种方法制备硒化铅纳米材料，其中主要包括固相分解法(应用物理通讯，1997，71，3406；Appl.Phy.Lett.1997，71，3406)，水热法合成(纳米通讯，2002，2，1321；Nano.Lett.2002，2，1321)，模板法(应用物理，2004，96，615；J.Appl.Phys.2004，96，615；材料研究，1994，9，1014；J.Mater.Res.1994，9，1014)和金属有机方法(美国化学会，2005，127，7140；J.Am.Chem.Soc.2005，127，7140)。这些方法中只有金属有机方法中所制备的硒化铅纳米晶的尺寸分布窄，且纳米晶的质量较高。但是所合成的纳米晶只能分散在有机溶剂中，不利于在生物领域的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够制备尺寸和形貌可控的且能稳定地分散于水相中的硒化铅纳米材料的制备方法。
本发明中采用的单体为：醋酸铅或硒脲；包覆剂为：疏基乙酸、疏基丙酸、半胱氨酸、硫甘油或疏基乙醇；溶剂为：去离子水。
制备步骤如下：
单体与包覆剂的摩尔比为15-1∶1，将醋酸铅溶于去离子水中，然后按配比加入包覆剂，用氢氧化钠将溶液的pH值调节到7-10，制成铅前体溶液。将硒脲溶于离子水中制成硒前体溶液，醋酸铅与硒脲的摩尔比为1∶8-4∶1。然后将硒前体溶液倒入至铅前体溶液中，加热至60℃-180℃，反应15-90分钟停止反应，待溶液冷却，以水和异丙醇进行洗涤、离心，干燥，制得水相硒化铅纳米材料。
本发明利用硒脲在一定温度下的分解而放出硒离子，与能溶于水的包覆剂包覆的铅源作用，在常压下或者高压下反应生成硒化铅纳米晶，生成的硒化铅纳米晶能稳定地分散在水相中。这种方法一方面克服了有机相合成的纳米晶不能应用于生物领域，且对环境污染较大等劣势。另一方面又有效地合成了不同形貌和尺寸的硒化铅纳米晶，使材料可应用于不同的领域。本发明整个材料的制备过程具有反应条件温和，原料成本低廉且对环境的污染较小，方法简便易行的特点，且制备周期短，因而易于实现工业化。制备的硒化铅纳米材料的形貌有纳米颗粒、纳米棒、纳米线。
具体实施方式
实施例1：
疏基乙酸包覆硒化铅纳米晶的制备
先称取0.15g(0.4mmol)醋酸铅，将它溶入30mL去离子水中，加入27μL(0.4mmol)疏基乙酸，然后用1M的氢氧化钠将溶液的pH值调节到7，制成铅前体溶液。将0.39g(3.2mmol)硒脲溶于去离子水中制成硒前体溶液，然后迅速将硒前体溶液倒入至铅前体溶液中，加热至60℃，反应15分钟后停止反应，待溶液冷却后以水和异丙醇进行洗涤、离心，干燥，制得水相硒化铅纳米材料，形貌为纳米颗粒，直径范围在15-25nm。
实施例2：
疏基丙酸包覆硒化铅纳米晶的制备
先称取0.30g(0.8mmol)醋酸铅，将它溶入40mL去离子水中，加入136μL(1.6mmol)疏基丙酸，然后用1M的氢氧化钠将溶液的pH值调节到10，制成铅前体溶液。将0.39g(3.2mmol)硒脲溶于去离子水中制成硒前体溶液，。然后迅速将硒前体溶液倒入至铅前体溶液中，加热至120℃，反应30分钟后停止反应，待溶液冷却后，以水和异丙醇进行洗涤、离心，干燥，制得制得水相硒化铅纳米材料，形貌为纳米颗粒，直径范围在20-30nm。
实施例3：
半胱氨酸包覆硒化铅纳米晶的制备
先称取0.15g(0.4mmol)醋酸铅，将它溶入30mL水中，加入0.07g(0.6mmol)半胱氨酸，然后用1M的氢氧化钠将溶液的pH值调节到9，制成铅前体溶液。将0.39g(3.2mmol)硒脲溶于去离子水中制成硒前体溶液。然后迅速将硒前体溶液倒入至铅前体溶液中，加热至180℃，反应45分钟后停止反应，待溶液冷却后，以水和异丙醇进行洗涤、离心，干燥，制得制得水相硒化铅纳米材料，形貌为纳米棒，直径范围在30-50nm，长度范围在80-500nm。
实施例4：
硫甘油包覆硒化铅纳米晶的制备
先称取0.15g(0.4mmol)醋酸铅，将它溶入30mL水中，加入0.22g(2.0mmol)硫甘油，然后用1M的氢氧化钠将溶液的pH值调节到10，制成铅前体溶液。将0.01g(0.1mmol)硒脲溶于去离子水中制成硒前体溶液，。然后迅速将硒前体溶液倒入至铅前体溶液中，加热至80℃，反应90分钟后停止反应，待溶液冷却后以水和异丙醇进行洗涤、离心，干燥，制得制得水相硒化铅纳米材料，形貌为纳米棒，直径范围在25-37nm，长度在80-600nm。
实施例5：
疏基乙醇包覆硒化铅纳米晶的制备
先称取0.15g(0.4mmol)醋酸铅，将它溶入30mL水中，加入0.08g(1.0mmol)疏基乙醇，然后用1M的氢氧化钠将溶液的pH值调节到10，制成铅前体溶液。将0.04g(0.4mmol)硒脲溶于去离子水中制成硒前体溶液。然后迅速将硒前体溶液倒入至铅前体溶液中，加热至100℃，反应60分钟后停止反应，待溶液冷却后，以水和异丙醇进行洗涤、离心，干燥，制得制得水相硒化铅纳米材料，形貌为纳米颗粒，直径范围在15-30nm。
实施例6：
疏基丙酸包覆硒化铅纳米晶的制备
先称取0.15g(0.4mmol)醋酸铅，将它溶入30mL水中，加入60μL(0.6mmol)疏基丙酸，然后用1M的氢氧化钠将溶液的pH值调节到10，制成铅前体溶液。将0.20g(1.6mmol)硒脲溶于去离子水中制成硒前体溶液，。然后迅速将硒前体溶液倒入至铅前体溶液中，加热至150℃，反应45分钟后停止反应，待溶液冷却后，以水和异丙醇进行洗涤、离心，干燥，制得制得水相硒化铅纳米材料，形貌为纳米线，直径范围在15-30nm，长度范围在100-2000nm。
实施例7：
半胱氨酸包覆硒化铅纳米晶的制备
先称取0.15g(0.4mmol)醋酸铅，将它溶入30mL水中，加入0.05g(0.4mmol)半胱氨酸，然后用1M的氢氧化钠将溶液的pH值调节到7，制成铅前体溶液。将0.01g(0.8mmol)硒脲溶于去离子水中制成硒前体溶液，。然后迅速将硒前体溶液倒入至铅前体溶液中，加热至180℃，反应90分钟后停止反应，待溶液冷却后，以水和异丙醇进行洗涤、离心，干燥，制得制得水相硒化铅纳米材料，形貌为纳米颗粒，直径范围在15-23nm。
实施例8：
疏基乙酸包覆硒化铅纳米晶的制备
先称取0.15g(0.4mmol)醋酸铅，将它溶入30mL水中，加入35μL(0.6mmol)疏基乙酸，然后用1M的氢氧化钠将溶液的pH值调节到10，制成铅前体溶液。将0.39g(3.2mmol)硒脲溶于去离子水中制成硒前体溶液。然后迅速将硒前体溶液倒入至铅前体溶液中，加热至60℃，反应90分钟后停止反应，待溶液冷却后以水和异丙醇进行洗涤、离心，干燥，制得制得水相硒化铅纳米材料，形貌为纳米棒，直径范围在9-20nm，长度在30-100nm。

Claims (1)

1.一种可溶于水相的硒化铅纳米材料的制备方法，其特征在于，采用的单体为：醋酸铅或硒脲；包覆剂为：疏基乙酸、疏基丙酸、半胱氨酸、硫甘油或疏基乙醇；溶剂为：去离子水；
制备步骤和条件如下：
单体与包覆剂的配比为摩尔比15-1∶1，将醋酸铅溶于去离子水中，然后按配比加入包覆剂，用氢氧化钠将溶液的pH值调节到7-10，制成铅前体溶液；将硒脲溶于去离子水中制成硒前体溶液，醋酸铅与硒脲的摩尔比为1∶8-4∶1；然后将硒前体溶液倒入至铅前体溶液中，加热至60℃-180℃，反应15-90分钟停止反应，待溶液冷却，以水和异丙醇进行洗涤、离心，干燥，制得水相硒化铅纳米材料。
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