實驗2　水熱法制備硫化鋅納米粒子

一、實驗目的

① 了解水熱法的基本概念及特點。

② 掌握高溫高壓下水熱合成納米粒子材料的特殊方法和操作的注意事項。

二、實驗原理

水熱合成是無機合成的一個重要分支。水熱合成研究從模擬自然界礦石生成到沸石分子篩和其他晶體材料的合成，已經(jīng)歷了100多年的歷史。它是指在特制的密閉反應器（高壓釜）中，采用水溶液作為反應體系，通過反應體系加熱、加壓（或自生蒸汽壓），創(chuàng)造一個相對高溫、高壓的反應環(huán)境，進行無機合成與材料處理的一種有效方法。

水熱合成技術(shù)不僅僅用來制備工程材料，如人造鐵電硅酸鹽，還用來制備許多在自然界并不存在的新化合物。水熱法已成為合成目前多數(shù)無機功能材料、特種組成與結(jié)構(gòu)的無機化合物以及特種凝聚態(tài)材料，如超微粒、溶膠與凝膠、非晶態(tài)、無機膜等越來越重要的途徑。

水熱合成法有以下特點。

① 由于在水熱條件下反應物性能的改變、活性的提高，水熱合成方法有可能代替固相反應以及難以進行的合成反應，并制備一系列難以制備出的化合物。

② 由于在水熱條件下中間態(tài)、介穩(wěn)態(tài)以及特殊物相易于生成，因此能合成開發(fā)一系列特種介穩(wěn)結(jié)構(gòu)、特種凝聚態(tài)的新合成產(chǎn)物。

③ 能夠使低熔點化合物、高蒸氣壓且不能在融體中生成的物質(zhì)、高溫分解的物質(zhì)在水熱與溶劑熱低溫條件下晶化生成。

④ 水熱合成的低溫、等壓、溶液條件，有利于生成極少缺陷、取向好、完美的晶體，且合成產(chǎn)物結(jié)晶度高以及易于控制晶體的粒度。

⑤ 由于易于調(diào)節(jié)水熱條件下的環(huán)境氣氛，因而有利于中間價態(tài)與特殊價態(tài)化合物的生成，并能均勻地進行摻雜。

納米材料因其獨特的性質(zhì)而具有廣闊的應用前景。雖然目前納米材料的制備技術(shù)多種多樣，但大多數(shù)都需要昂貴的設(shè)備以及復雜的工藝，這些都阻礙了其進一步應用。水熱合成技術(shù)具有設(shè)備簡單，成本較低，易于制備出純度高、結(jié)晶好的材料等優(yōu)點，因此成為一種合成納米材料與結(jié)構(gòu)的非常有效的方法。

硫族化合物半導體因其具有重要的非線性光學性質(zhì)、發(fā)光性質(zhì)、量子尺寸效應及其他重要的物理化學性質(zhì)等，受到物理、化學和材料學家的高度重視。硫化鋅是寬禁帶（3.66eV）ⅡB-ⅥA族半導體，因為具有紅外透明、熒光、磷光等特性，一直是受到廣泛研究的材料。硫化鋅在這些物理和化學屬性方面的特殊應用強烈依賴于其尺寸和形狀，因此，制備出具有量子限域效應、窄粒度分布、合適形狀的納米粒子具有重大意義。

本實驗采用水熱法以尿素為礦化劑在低溫和較簡單的工藝條件下制備硫化鋅納米粒子。

三、實驗設(shè)備與材料

① 設(shè)備：分析天平，控溫烘箱，磁力攪拌器，燒杯，水熱反應釜，離心機。

② 試劑：尿素，乙酸鋅，硫化鈉，氨水。

四、實驗步驟與方法

（1）樣品的制備

將3mmol的二水乙酸鋅溶于30mL蒸餾水中，在磁力攪拌器攪拌的同時，向溶液中逐滴滴入氨水（1mL/min），直至溶液的pH值為9～10為止。將上述溶液移入容積為50mL帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應釜中，再向反應釜中加入4.5mmol的九水硫化鈉和21mmol的尿素。將密封的反應釜放入干燥箱中，在150℃下保溫24h。反應結(jié)束后，自然冷卻至室溫，離心分離，用蒸餾水對產(chǎn)物進行多次洗滌，然后在80℃下干燥4h。

（2）樣品的表征

采用X射線衍射儀對樣品進行X射線衍射的測試，得到硫化鋅納米粒子的物相。用掃描電鏡觀察粒子的形貌。用熒光分光光度計測定樣品的發(fā)光性能。

五、數(shù)據(jù)記錄與處理

① 所得到的硫化鋅的質(zhì)量為： ，產(chǎn)率為： 。 

② X射線衍射表征結(jié)果中，特征衍射峰對應的2θ衍射角為： 。 

③ 熒光光譜中，激發(fā)光譜的最大波長為： 　　　　　　　 ，發(fā)射光譜的最大波長為： 。 

六、思考題

尿素的作用是什么？

參　考　文　獻

[1]　周向玲，丁曉麗，拜合提亞，鄭毓峰.水熱法合成ZnS納米粉晶及其生長機理探究[J].長春師范大學學報，2010，29（6）：53-55.

[2]　賀穎，劉鵬，朱剛強，邊小兵.水熱法制備ZnS納米粒子[J].陜西師范大學學報（自科版），2007，35（2）：80-82.