摘要
硫化钴(CoS)是一种无毒、环保的半导体材料,具有特殊的八面体结构,Co2+占据八面体的六个顶角,S2-被Co2+包着处于八面体的中心。CoS的3d轨道电子排布结构比较特殊,这些特殊结构使其具有优良物理化学性能,从而渗入到了材料研究的各个领域。由于CoS在半导体材料领域中的有利优势,近年来,已成为研究的热点之一。 本论文分别详细地研究了声化学法、微波水热法对制备CoS纳米粉体的影响。采用X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和选择区域电子衍射(SAED)分析等测试方法研究分析了CoS纳米粉体产物组成成分和显微结构。 采用声化学法制备CoS纳米晶。以分析纯的CoCl2·6H2O和Na2S·9H2O为主要原料,系统研究了声化学法的各个工艺因素(包括初始pH值、反应温度、反应时间、超声功率、络合剂等)对CoS纳米晶的影响。研究结果表明:实验中需要使用乙酸来调节溶液的pH值至2.5左右,才可以得到结晶性的CoS,但是产物的形貌不一致,结晶性不好;XRD分析得出,pH值、反应温度、超声功率对产物的都是很重要的影响因素,决定了产物的纯度和结晶性能;时间对产物的影响不是很强烈;使用络合剂对于制备出纯相的CoS纳米晶作用不大。 采用微波水热制备CoS纳米晶。首先对水热法制备CoS纳米晶进行了研究,结果表明,水热法不利于CoS纯相生成,于是进一步确定了研究采用微波水热法。以分析纯的Co(NO3)2·6H2O和TAA(硫代乙酰胺,CH3CSNH2)为主要原料,研究了前驱液的酸碱度、反应温度、时间、ns/nCo的大小、[Co2+]以及模板剂等工艺因素对合成CoS的影响。结果表明,COS纳米晶的比较合适的工艺条件为:前驱液pH值为偏碱性即7.5,微波水热温度为180℃左右,微波水热时间大于等于90min,Co2+为0.1mol/L,S/Cd物质的量比小于等于1.0。通过控制反应时间,合成了不同显微结构的CoS,随着反应时间的延长,CoS纳米晶体的结晶性逐渐变好,并且显微结构由90min时的六方片状结构转变为短棒状结构;随着S/Co物质的量比的增加,CoS纳米晶的结晶性逐渐减弱;研究络合剂对产物的影响,发现用乌洛托品(六次亚甲基四胺)为络合剂合成的产物是尺寸约为13nm的CoS纯相,以柠檬酸三钠作为络合剂时,合成了结晶完整的六方片状CoS,但是产物中含有Co9S8杂质,以EDTA-2Na和EDTA作为络合剂时,不能得到CoS产物。
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