实验2　水热法制备硫化锌纳米粒子

一、实验目的

① 了解水热法的基本概念及特点。

② 掌握高温高压下水热合成纳米粒子材料的特殊方法和操作的注意事项。

二、实验原理

水热合成是无机合成的一个重要分支。水热合成研究从模拟自然界矿石生成到沸石分子筛和其他晶体材料的合成，已经历了100多年的历史。它是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过反应体系加热、加压（或自生蒸汽压），创造一个相对高温、高压的反应环境，进行无机合成与材料处理的一种有效方法。

水热合成技术不仅仅用来制备工程材料，如人造铁电硅酸盐，还用来制备许多在自然界并不存在的新化合物。水热法已成为合成目前多数无机功能材料、特种组成与结构的无机化合物以及特种凝聚态材料，如超微粒、溶胶与凝胶、非晶态、无机膜等越来越重要的途径。

水热合成法有以下特点。

① 由于在水热条件下反应物性能的改变、活性的提高，水热合成方法有可能代替固相反应以及难以进行的合成反应，并制备一系列难以制备出的化合物。

② 由于在水热条件下中间态、介稳态以及特殊物相易于生成，因此能合成开发一系列特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产物。

③ 能够使低熔点化合物、高蒸气压且不能在融体中生成的物质、高温分解的物质在水热与溶剂热低温条件下晶化生成。

④ 水热合成的低温、等压、溶液条件，有利于生成极少缺陷、取向好、完美的晶体，且合成产物结晶度高以及易于控制晶体的粒度。

⑤ 由于易于调节水热条件下的环境气氛，因而有利于中间价态与特殊价态化合物的生成，并能均匀地进行掺杂。

纳米材料因其独特的性质而具有广阔的应用前景。虽然目前纳米材料的制备技术多种多样，但大多数都需要昂贵的设备以及复杂的工艺，这些都阻碍了其进一步应用。水热合成技术具有设备简单，成本较低，易于制备出纯度高、结晶好的材料等优点，因此成为一种合成纳米材料与结构的非常有效的方法。

硫族化合物半导体因其具有重要的非线性光学性质、发光性质、量子尺寸效应及其他重要的物理化学性质等，受到物理、化学和材料学家的高度重视。硫化锌是宽禁带（3.66eV）ⅡB-ⅥA族半导体，因为具有红外透明、荧光、磷光等特性，一直是受到广泛研究的材料。硫化锌在这些物理和化学属性方面的特殊应用强烈依赖于其尺寸和形状，因此，制备出具有量子限域效应、窄粒度分布、合适形状的纳米粒子具有重大意义。

本实验采用水热法以尿素为矿化剂在低温和较简单的工艺条件下制备硫化锌纳米粒子。

三、实验设备与材料

① 设备：分析天平，控温烘箱，磁力搅拌器，烧杯，水热反应釜，离心机。

② 试剂：尿素，乙酸锌，硫化钠，氨水。

四、实验步骤与方法

（1）样品的制备

将3mmol的二水乙酸锌溶于30mL蒸馏水中，在磁力搅拌器搅拌的同时，向溶液中逐滴滴入氨水（1mL/min），直至溶液的pH值为9～10为止。将上述溶液移入容积为50mL带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，再向反应釜中加入4.5mmol的九水硫化钠和21mmol的尿素。将密封的反应釜放入干燥箱中，在150℃下保温24h。反应结束后，自然冷却至室温，离心分离，用蒸馏水对产物进行多次洗涤，然后在80℃下干燥4h。

（2）样品的表征

采用X射线衍射仪对样品进行X射线衍射的测试，得到硫化锌纳米粒子的物相。用扫描电镜观察粒子的形貌。用荧光分光光度计测定样品的发光性能。

五、数据记录与处理

① 所得到的硫化锌的质量为： ，产率为： 。 

② X射线衍射表征结果中，特征衍射峰对应的2θ衍射角为： 。 

③ 荧光光谱中，激发光谱的最大波长为： 　　　　　　　 ，发射光谱的最大波长为： 。 

六、思考题

尿素的作用是什么？

参　考　文　献

[1]　周向玲，丁晓丽，拜合提亚，郑毓峰.水热法合成ZnS纳米粉晶及其生长机理探究[J].长春师范大学学报，2010，29（6）：53-55.

[2]　贺颖，刘鹏，朱刚强，边小兵.水热法制备ZnS纳米粒子[J].陕西师范大学学报（自科版），2007，35（2）：80-82.