简述硫化铋纳米材料的几种合成方法

徐昂 罗晶

摘 要：本文介绍了硫化铋的性质及其应用以及硫化铋的几种制备方法，同时也介绍了本课题组对于硫化铋纳米材料的一种绿色高效的合成路径。

关键词：硫化铋;纳米材料;水热法;溶剂热法;微波合成法

1. 硫化铋简介

硫化铋在半导体材料的应用中有着很重要的地位，硫化铋可用于制造热电感应器，并且普遍应用于热电冷却工艺中1。纳米级的硫化铋可以发生非线性光学响应，不仅能使紫外可见接收波长与荧光发射波长产生蓝移，还能使纳米粒子的氧化还原能力增强，在光电催化有着优异的表现，在发光装置、红外窗口、非线性光学原料，光学探测和光催化等方面有着广泛的应用前景2。纳米材料的形貌很大程度上决定了纳米材料的机能，因此制备具有优异性质的硫化铋纳米材料符合市场的客观需求3。

本文主要介绍了几种硫化铋纳米材料的合成方法，同时也介绍了本课题组对于硫化铋纳米材料的一种绿色高效的合成路径。

2. Bi2S3材料合成方法

由于Bi2S3具有特殊的层状结构和层状单元间的弱键，从而导致Bi2S3在溶剂热合成和水热合成中具有了生长的各向异性，并且晶核可以生长成微小的薄片状晶体。下面主要介绍下Bi2S3纳米材料的水热合成法和溶剂热合成法，同时，对于微波合成法和本项目采用的一种高效绿色的合成路径也进行了介绍。

2.1水热法

水热反应过程是指在密封的容器中，一般是高温高压的环境中，一般以水作为溶剂，对试验材料进行溶解再结晶的制备方法。水热法按温度进行分类，可以分为低温水热法，中温水热法（亚临界反应）和高温高压水热法（超临界反应），低温水热法一般在100℃以下进行;中温水热法反应温度在100～240℃之间，一般适于工业或实验室操作。而高温高压水热法实验温度已高达1000℃，压强高达0.3 GPa，足以利用作为反应介质的水在超临界状态下的性质和反应物质在高温高压水热条件下的特殊性质对所需材料进行制备。

陕西科技大学的赵彦钊等人4采用低温水热法以硝酸秘（Bi（NO3）3·5H2O）和硫脲（（NH2）2CS）为原料，以尿素（（NH2）2CO）为矿化剂合成硫化铋。并通过调控反应时间，温度和矿化剂的浓度来研究以上参量对硫化铋结构和性能的作用。Thongtcm等人5以硝酸秘和硫脲为原料，加入少量硝酸催化，在加入不同量的羟乙基纤维素（HEC）的条件下，合成了不同形貌的纳米棒，并提出了不同形貌纳米结构的形成机理。Ma等人6以硝酸秘为秘源，硫源则分别采用了TAA，KSCN，Na2S2O3·5H2O和硫脲，在180 ℃下水热反应12h，制备出纳米线、纳米束、海胆状纳米微球和海胆状空腔纳米微球。

2.2溶剂热法

溶剂热法是研究者们在水热法的基础上改良而成的。溶剂热法是在密闭体系（一般为高压釜内），利用有机物或非水溶媒作为溶剂，在特定的温度和溶液的自生压力下的一种合成方法。它与水热法的差异在于所使用的溶剂不同。水热法往往由于一些对水敏感（与水反应、水解、分解或不稳定）的化合物而并不能成功制备。

叶富明等人7使用铋无机盐为原料，采用溶剂热法处理获得了多种一维形貌硫化铋，并对它们进行了SEM，XRD等表征，并且通过研究发现，主要是其具有层状结构，较高的各向异性晶体结构本性导致了一维纳米材料的产生。 Ge等人8以Na2S和Bi（NO3）2为原料，采用尿素为矿化剂，乙二醇为溶剂，合成了一系列的Bi2S3纳米结构粉末，纳米管，纳米棒，纳米线等纳米材料。其优势生长方向为 [001]面，使其电子传递性能大为提高。

2.3微波合成法

微波辐照法常规操作一般是在常温常压下用X射线辐照高浓度的金属盐溶液。对于制备硫化物纳米材料，辐照法可以控制反应来获得不同价态的金属硫化物。辐照法制备工艺简单，周期短产率高，并且可以稳定制备纳米级粉末，近年来辐照法制备纳米材料得到了广泛的应用和发展。He等人9采用了微波合成法制备Bi2S3纳米晶体，通过将制得的前驱体CdS纳米晶体超声溶解在乙二醇中，加入CTAB，搅拌15min，再加入Bi（NO3）3·5H2O，在微波加热条件下，制得巢状Bi2S3纳米晶体。

同时为了探寻一种高效绿色的硫化铋纳米材料制备方法，本项目组采用硫代乙酰胺为硫源，硝酸铋为铋源，利用水热法合成了具有材料纯度高、致密性好、残余应力小，并且结晶状态良好的硫化铋纳米材料。表征结果显示所制备纳米材料性能优良。

结论

本文简述了硫化铋的性质及其应用。并介绍了水热法，溶剂热法以及微波合成法等对于硫化铋纳米材料的几种制备方法，同时也介绍了本课题组对于硫化铋纳米材料的一种绿色高效的合成路径。硫化铋作为重要的V2VI3族半导体材料，因具有优异的光电和热电特性，在光化学装置、光电和热电冷却涂层器件及太阳能设备等领域倍受关注。相信随着对硫化铋纳米材料的进一步深入研究，其会在更广阔的领域得到更多的应用。

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本论文受吉林建筑大学大学生创新创业训练项目资助

项目编号：202010191003

（吉林建筑大学材料科学与工程学院   吉林  长春   130118）