功能性CdS超微粒的制备与表征.pdf

功能性CdS 超微粒的制备与表征1 李启厚，张程，吴希桃，刘志宏，刘智勇 中南大学 冶金科学与工程学院，湖南 长沙 （410083 ） 摘 要：以硝酸镉和硫代乙酰胺为原料，巯基乙酸（HSCH2COOH ）为表面修饰剂，制备了 水溶性CdS 超微粒，并采用X 射线衍射、红外光谱、荧光光谱和紫外-可见吸收光谱对其结 构、表面基团、荧光特性等进行了表征。将相同条件下制得的 CdS/-SCH2COOH 和 CdS 颗 粒进行比较，结果表明，CdS 表面修饰上巯基乙酸可以提高荧光性能、减小晶粒粒度，并具 有良好的水溶性。在研究制备该功能性CdS 超微粒的最佳反应条件的过程中发现，硝酸镉、 巯基乙酸、硫代乙酰胺的摩尔比为1:2:1、反应初始时溶液pH=9 、反应温度为100℃、反应 时间为60min 的条件下制得的CdS 超微粒性能最为优异，稳定性好、分散性好、光吸收性 能强。 关键词：硫化镉；超微粒；表面修饰；巯基乙酸 1. 引言 CdS 是典型的直接带隙宽禁带Ⅱ-Ⅵ族无机半导体材料，因具有独特的光、电性质，在 光吸收、光致发光、光电转换、非线性光学、光催化、传感器、红外窗口材料等许多领域有 着广泛的应用[1] 。使用有机分子包覆无机核形成无机-有机复合结构，不仅可以更好地控制 粒子的粒径大小和粒度分布，提高稳定性和分散性，改善光电特性，而且表面包覆的有机分 子还可以大大增加微粒在一些非极性溶剂中的溶解度，使其具有良好的水溶性与生物相容 性，为颗粒的有序组装带来方便[2] 。水溶性CdS 超微粒可用于生物标记、催化、传感器等领 域，尤其在生命科学中的荧光标记、药物传递和可移植的微器件等方面有着重要的研究价值 [3~4] 。目前，合成水溶性CdS 超微粒的方法大都采用含有巯基的有机小分子（如硫醇）、硫 脲或其它具有两亲性质的聚合物大分子（如聚乙烯吡咯烷酮）作为配体，有的配体随原料一 起加入，起到表面修饰剂和分散剂的作用，甚至同时可以替代其它硫源释放出 S2- ，而有的 配体是在已经制备出的 CdS 溶胶中加入，只用来对其进行表面改性。采用巯基乙酸进行包 覆改性后的功能性 CdS 超微粒表面含有羧基，使其可以与含氨基的生物大分子相结合，用 作荧光探针，应用于生物、医学等领域。本研究希望能从制备方法本身找到合成 CdS/-SCH2COOH 超微粒的最佳条件，主要考察巯基乙酸的浓度、硫代乙酰胺的浓度、溶液 的 pH 、反应温度和反应时间等条件因素对合成的 CdS/-SCH COOH 的晶粒大小和光谱性质 2 的影响。 2. 实验 2.1 试剂 硝酸镉 Cd(NO ) ·4H O （上海金山亭新化工试剂厂），硫代乙酰胺H CCSNH （国药集 3 2 2 3 2 团化学试剂有限公司），硫代乙醇酸（又名巯基乙酸）HSCH COOH （国药集团化学试剂 2 有限公司），所有试剂均为分析纯，实验用水均为实验室自制去离子水。 - 1 - 2.2 实验方法 2.2.1 表面未修饰巯基乙酸的 CdS 超微粒的制备 将 100mL 一定浓度的硝酸镉溶液在不断搅拌、温度控制于 100℃的条件下，逐滴加入 100mL 硫代乙酰胺溶液，加入完毕后，充分搅拌、持续保温 60min，然后将其过滤，用水、 酒精洗涤数遍，冷冻干燥后即得到 CdS 粉末。 2.2.2 表面修饰巯基乙酸的 CdS 超微粒的制备 将 100mL 一定浓度的硝酸镉溶液不断搅拌，逐滴加入一定浓度 100mL 巯基乙酸，加入 完毕后充分反应 30min，调节 pH 于碱性条件下的一定值，待溶液 pH 稳定后再逐滴加入一 定浓度 100mL 硫代乙酰胺溶液，加入完毕后加热并控制温度，继续充分搅拌一段时间后， 得到最终的 CdS/-SCH2COOH 样品。 2.3 粉末颗粒的表征 用日立 F-4500 荧光分光光度计和 Unicam-UV500 紫外-可见吸光光度计分析颗粒的