金屬硫化物納米材料控制合成和性質(zhì)研究取得進展

  金屬硫化物具有優(yōu)異的光電性質(zhì)及其應(yīng)用，但是這些光電性質(zhì)具有尺寸、形貌和化學(xué)組分依賴特性。因此，合理設(shè)計、可控合成具有特殊光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)的金屬硫化物納米材料已成為納米生物醫(yī)學(xué)、光電器件、催化等前沿領(lǐng)域的研究熱點。

zui近，中科院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所王強斌課題組在采用單源前軀體法控制合成金屬硫化物納米材料以及性質(zhì)研究方面取得了一系列重要進展。他們建立了一種熱分解二乙基二硫代氨基甲酸鹽的方法，可以簡單、地制備不同種類的金屬硫化物納米材料，并且可以實現(xiàn)對其形貌、大小和化學(xué)組成進行充分的調(diào)控。

例如，該課題組在上通過熱分解二乙基二硫代氨基甲酸銀（Ag（DDTC）），制備得到了尺寸均勻的、大小為10nm左右的單分散性Ag2S近紅外量子點。相比較目前的含有鉛、鎘或汞等元素的近紅外量子點，Ag2S量子點具有毒性較低的優(yōu)點。光譜研究結(jié)果表明，該Ag2S量子點具有良好的近紅外熒光發(fā)射特性。這種新型Ag2S量子點的發(fā)現(xiàn)對于活體深層組織熒光成像技術(shù)具有重要的意義。這項研究成果發(fā)表在雜志Journal of the American Chemical Society上（2010, 132, 1470-1471）。

硫化鋅作為一種重要的半導(dǎo)體材料，不僅具有出色的物理特性，如帶隙寬、折射率高和透光率高等，而且在光學(xué)，電子和光電子器件等方面具有巨大的應(yīng)用前景。雖然目前有很多制備ZnS納米材料的報道，但是如何制備直徑小于其波爾半徑的ZnS納米材料還是一個挑戰(zhàn)。王強斌課題組采用在油胺中熱分解Zn（DDTC）2的方法，獲得了具有強量子限制效應(yīng)的超細ZnS納米線（半徑為2.2 nm，小于其波爾半徑2.4 nm），其產(chǎn)率幾乎可達到*。進一步研究發(fā)現(xiàn)，通過改變?nèi)芤褐信潴w分子的種類可以調(diào)控ZnS的形貌，例如，在油胺中加入油酸分子，可以得到ZnS量子點。該項研究結(jié)果發(fā)表在Chemical Communications. （2010, 46, 8941-8943）。

除了具有特殊光學(xué)性質(zhì)的金屬硫化物，該課題組在利用單源前軀體法可控合成磁性硫化物方面也取得了新進展，成功合成了不同形貌的磁性硫化鐵納米材料，并對其形成機制進行了深入研究。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分別以Fe（DDTC）3 和 Fe（DDTC）2（Phen）作為前軀體，可以得到立方相的Fe3S4納米顆粒和單斜相的Fe7S8納米片，它們在室溫下表現(xiàn)出強磁性。進一步調(diào)控實驗條件，還可以得到弱磁性的Fe1.2S納米帶 （CrystEngComm. 2010, 12, 3658-3663）。

在上述研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，該課題組將這種熱分解二乙基二硫代氨基甲酸鹽制備金屬硫化物的方法擴展到金屬錫體系，成功合成了超大的單晶SnS矩形納米片（7000nm×3000nm×20nm），這種*的二維結(jié)構(gòu)和極薄的厚度，使SnS表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。其作為鋰離子電池負極材料時可使電池容量在電壓為1.2V處達350mAh/g，并具有循環(huán)可逆性。通過改變試驗條件，可以對產(chǎn)物的形貌和組成進行調(diào)控，得到SnS2納米盤。（Chem. Commun. 2011, 47, 5226-5228）。

除了以上提及的金屬硫化物，該課題組利用單源前軀體法還成功合成了CdS熒光量子點和納米棒、PbS 納米立方體、Bi2S3納米片、可用作太陽電池材料的Cu2S量子點和Cu7S4納米顆粒等。對以上工作進行總結(jié)，該課題組發(fā)表了一篇綜述性文章（CrystEngComm, 2011, DOI: 10.1039/C0CE00982B）。采用熱分解單源前軀體的方法不但能夠控制金屬硫化物納米材料的尺寸和形貌，還能有效調(diào)控其化學(xué)組成，這為進一步系統(tǒng)研究金屬硫化物的性質(zhì)及應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。