CdO多孔纳米材料的制备方法

摘要

CdO多孔纳米材料的制备方法，在密闭容器中，将Cd(NO3)2·4H2O溶于由一定比例的乙醇和水组成的溶剂中，在不需要任何模板、不需要添加任何表面活性剂的情况下，通过调节乙醇和水的比例、Cd(NO3)2·4H2O的浓度、反应温度、反应时间得到具有不同纳米结构的Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体；在前驱体的制备工艺中，乙醇和水的体积比例为100∶0-60∶40，Cd(NO3)2·4H2O的浓度为0.01-0.1摩尔/升，反应时间为3-50小时，反应温度为120-200℃；纳米结构前驱体在空气中缓慢加热即可得到具有高比表面积的CdO多孔纳米材料。缓慢加热到温度350-500℃，升温速率0.2-2℃/分钟。本发明制备工艺简单、成本低、过程容易控制，环境友好、无污染。

权利要求

1.CdO多孔纳米材料的制备方法，其特征在于：0.62克Cd(NO3)2·4H2O溶于40 mL乙醇和水体积比为63:37组成的溶液中，溶液转移至聚四氟乙烯衬的容器中，然后放置到不锈钢密闭容器在烘箱中150±2 ℃温度下保温24±4小时，冷却到室温后，打开反应器，得到前驱体固体产物，将前驱体固体产物离心分离，用水和乙醇清洗数次得到Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体，得到直径12-17纳米的纳米线组成的长数微米的纳米线簇；

将此产物放置在马弗炉中，空气气氛中以1 ℃/分钟的升温速率缓慢升温到400℃，再保温

3±1小时后自然冷却得CdO多孔纳米材料。

2.CdO多孔纳米材料的制备方法，其特征在于：0.62克Cd(NO3)2·4H2O溶于40 mL乙醇和水的体积比=75:25所组成的溶液中；充分得到搅拌形成浓度为0.05 mol/L的透明溶液，将溶液转移至聚四氟乙烯衬的容器中，然后放置到不锈钢密闭容器在烘箱中150±2℃温度下保温24±4小时，自然冷却到室温后，打开反应器，得到前驱体固体产物，将前驱体固体产物离心分离，用水和乙醇清洗数次得到Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体，形貌为宽150纳米、厚25纳米，长为几十微米的纳米带；将产物放置在马弗炉中，空气气氛中以1℃/分钟的升温速率缓慢升温到400℃，保温3小时后自然冷却，得到具有纳米空洞的CdO带状材料。

3.CdO多孔纳米材料的制备方法，其特征在于：0.62克Cd(NO3)2·4H2O溶于40mL纯的乙醇溶剂中，充分得到搅拌形成浓度为0.05 mol/L的透明溶液，将溶液转移至聚四氟乙烯衬的容器中，然后放置到不锈钢密闭容器在烘箱中150±2 ℃温度下保温24±4小时，自然冷却到室温后，打开反应器，得到前驱体固体产物，将前驱体固体产物离心分离，用水和乙醇清洗数次得到Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体，形貌是由纳米线交织在一起的“毡子”状产物；

将此产物放置在马弗炉中，空气气氛中以1℃/分钟的升温速率缓慢升温到400℃，再保温

3±1小时后自然冷却得CdO多孔纳米材料。

说明书

CdO多孔纳米材料的制备方法

一、技术领域

[0001] 本发明涉及一种重要的光电功能材料--CdO多孔纳米材料的制备方法。二、背景技术

[0002] CdO是重要的n-型半导体材料，其直接带隙2.5eV、间接带隙1.98eV。CdO纳米材料是重要的光电功能材料，在太阳能电池、光晶体管、光二极管、催化和气体传感器等许多领域具有广阔的应用前景。目前文献报道的CdO纳米材料的合成多采用气相输运法、化学气相沉积法、电弧放电法、激光熔炼等技术，所需设备要求高、设备投资规模大、合成工艺复杂、制备过程繁琐，不适宜大规模生产。也有文献报道采用化学方法先合成出CdCO3或Cd4Cl3(OH)5等纳米材料作为前躯体，然后在氧气中高温处理得到纳米结构的CdO。但到目前为止文献所报道的含Cd纳米结构前躯体的合成都采用无机或有机模板，或添加有机表面活性剂，合成的成本高、工艺难控制，并且有机模板和表面活性剂在合成过程中全部分解为气体产物，不仅浪费而且还面对许多环境污染问题。三、发明内容

[0003] 本发明目的是，提出一种新的合成CdO多孔纳米材料的制备方法。尤其是在不需要任何模板、不需要添加任何表面活性剂的情况下制备，

[0004] 本发明的技术方案是：CdO多孔纳米材料的制备方法，在不锈钢(内衬聚四氟乙烯)密闭容器中，将Cd(NO3)2·4H2O溶于由一定比例的乙醇和水组成的溶剂中，在不需要任何模板、不需要添加任何表面活性剂的情况下，通过调节乙醇和水的比例、Cd(NO3)2·4H2O的浓度、反应温度、反应时间得到具有不同纳米结构的Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体(可以有选择性地合成出纳米线簇、纳米带、由纳米线“编织”成的纳米“毡子”，由纳米棒组成的放射型花状物等)。在Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体的制备工艺中，乙醇和水的体积比例为100∶0-60∶40，Cd(NO3)2·4H2O的浓度为0.01-0.1摩尔/升，反应时间为3-50小时，反应温度为120-200℃。将得到的Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2纳米结构前驱体在空气或氧气中缓慢加热即可得到具有高比表面积的CdO多孔纳米材料。缓慢加热到温度350-500℃，升温速率
0.2-2℃/分钟，保温时间为1-20小时。

[0005] 用本发明的方法制备得到的CdO多孔纳米材料基本上保持了Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体的形貌，具有大量的纳米空洞结构，比表面积高，可应用于太阳能电池、光晶体管、光二极管、催化和气体传感器等许多领域。与文献报道的制备CdO纳米材料的方法相比，本发明的最大区别在于不使用任何模板、不需要添加任何表面活性剂，经济环保，有利于规模生产。

[0006] 用本发明制备的产品通过以下手段进行结构和性能表征：产品的物相采用日本Rigaku公司制造的D/Max-RA型旋转阳极X射线衍射仪(XRD)进行分析(CuKα)；产品的形貌采用JSM-5610LV型扫描电子显微镜(SEM)、FEI公司生产的Sirion场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)以及JEOL-2010型高分辨透射电子显微镜(HRTEM)表征，采用He-Cd激光器(激发光波长：325nm)测试了样品的光致发光谱(PL)。

[0007] 本发明的有益效果是：本发明合成CdO多孔纳米材料的制备方法。尤其是在不需要任何模板、不需要添加任何表面活性剂的情况下制备，在密闭容器中，以Cd(NO3)2·4H2O为原料，乙醇和水为溶剂，通过调节乙醇和水的比例、Cd(NO3)2·4H2O的浓度、反应温度、反应时间选择性地合成出多种形貌的Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体，然后将Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体在空气中缓慢加热得到具有高比表面积的CdO多孔纳米材料。由于在整个合成过程中不需要添加任何有机模板和表面活性剂，节省了原材料成本，且环境友好、无污染。这种制备工艺设备简单、成本低、过程容易控制，易于规模化；通过改变外界条件，如乙醇和水的比例、反应温度、反应时间或热处理条件等，可以对CdO多孔纳米材料的形状、尺寸以及孔径进行控制，从而实现对CdO多孔纳米材料整体性质的有效控制。尤其是得到长数微米的纳米线簇的CdO多孔纳米材料。四、附图说明

[0008] 图1是Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)照片。图1(a，b)为实施例1得到的前躯体，形貌为纳米线簇；图1(c，d)为实施例2得到的前躯体，形貌为宽约150纳米、厚约25纳米，长为几十微米的纳米带；图1(e，f)为实施例3制备的前躯体，为宽约250纳米、长约5微米的纳米带；图1(g，h，i)是实施例4制备的前躯体，可看到由纳米线“编织”而成的毡子状产物。

[0009] 图2是Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)照片。图2a为实施例5得到的前躯体，是由纳米棒组成的直径约6微米的发射型花状物；图2(b，c，d)为实施例6得到的前躯体，形貌为是由纳米棒纵横交错组成的微米结构。

[0010] 图3是多孔CdO纳米结构的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)照片。图3(a，b)为实施例1得到的多孔CdO纳米结构；图3(c，d，e，f，g)为实施例2得到的多孔CdO纳米结构；图3(h，i)为实施例4得到的多孔CdO纳米结构。五、具体实施方式

[0011] 以下是本发明的实施例(实施例中所用试剂为化学纯)。

[0012] 实施例1：将0.62克Cd(NO3)2·4H2O溶于40mL乙醇和水(体积比＝63∶37)组成的溶液中，充分搅拌形成浓度为0.05mol/L的透明溶液。将溶液转移至聚四氟乙烯容器中，放置到不锈钢密闭容器中，在烘箱中150±2℃保温24±4小时。自然冷却到室温后，打开反应器，得到固体产物。将固体产物离心分离，用水和乙醇清洗数次得到Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体。如图1a和1b所示，产物是直径12-17纳米的纳米线组成的长约数微米的纳米线簇。将产物放置在马弗炉中，空气气氛中以1℃/分钟的升温速率缓慢升温到400℃，保温3±1小时后自然冷却，即得到具有纳米空洞的CdO纳米线材料。

[0013] 可以有选择性地合成出纳米线簇、纳米带、由纳米线“编织”成的纳米“毡子”，由纳米棒组成的放射型花状物等。在Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体的制备工艺中，乙醇和水的比例为100∶0-60∶40，Cd(NO3)2·4H2O的浓度为0.01-0.1摩尔/升，反应时间为3-50小时，反应温度为120-200℃。

[0014] 实施例2：与实施例1相比，不同之处在于溶剂为乙醇和水的体积比＝75∶25所组成的溶液，其余条件均于实施例1相同。得到Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体的形貌如图1c和1d所示，为宽约150纳米、厚约25纳米，长为几十微米的纳米带。将产物放置在马弗炉中，空气气氛中以1℃/分钟的升温速率缓慢升温到400℃，保温3小时后自然冷却，得到具有纳米空洞的CdO带状材料。

[0015] 实施例3：与实施例1相比，不同之处在于溶剂为乙醇和水的体积比＝88∶12所组成的溶液，其余条件均于实施例1相同。得到Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2纳米带的形貌如图1e和1f所示，与实施例2相比，宽度增加到约250纳米；长度缩短，约5微米。

[0016] 实施例4：与实施例1相比，不同之处在于溶剂为纯的无水乙醇，其余条件均于实施例1相同。得到的Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体的形貌如图1(g，h，i)所示，是由纳米线交织在一起的“毡子”状产物。

[0017] 实施例5：将0.124克Cd(NO3)2·4H2O溶于40mL无水乙醇中，充分搅拌形成浓度为0.01mol/L的透明溶液。将溶液转移至聚四氟乙烯衬的容器中，然后放置到不锈钢密闭容器中，在烘箱中180℃保温24小时。自然冷却到室温后，打开反应器，得到固体产物。将固体产物离心分离，用水和乙醇清洗数次得到Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体。如图2a所示，产物是由纳米棒组成的直径约6微米的发射型花状物。将产物放置在马弗炉中，空气气氛中以0.5℃/分钟的升温速率缓慢升温到400℃，保温3小时后自然冷却，即得到具有纳米空洞的CdO纳米线材料。

[0018] 实施例6：与实施例5相比，不同之处在于烘箱温度为200℃保温24小时，其余条件均于实施例1相同。得到的Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2前驱体的形貌如图2(b，c，d)所示，是由纳米棒纵横交错组成的微米结构。将产物放置在马弗炉中，空气气氛中以1℃/分钟的升温速率缓慢升温到400℃，保温3小时后自然冷却，得到具有纳米空洞的CdO带状材料。