CdS亚微米球的制备及性能研究

王梦雨，郎少华，田世豪，秦旺旺，张文博，方俊飞，谢康乐

(陕西理工大学机械工程学院，陕西 汉中 723001)

近年来，CdS微纳米材料因其独特的物理和化学性质[1-2]，受到研究者们越来越多的关注。CdS是一种典型的n型半导体，晶相通常为立方或六角型结构[3]，禁带宽度为2.4eV左右，在可见光下具有良好的光吸收特性，同时又具有较高的光生载流子迁移效率[4]，因此可以作为可见光敏感性光催化剂，用于降解有机污染物[5-6]或者生产清洁高效能源H2。制备方法不同，得到的CdS产物的形貌结构和物理性能也会有所不同，因此，对CdS微纳米材料合成方法的研究，也成为科学家们关注的焦点。目前，合成CdS微纳米材料的方法主要有水热法[7]、溶剂热法[8-9]、模板法、超声化学法[10]等。

本文采用简单的水热反应制备出亚微米球状结构的CdS材料，利用XRD和SEM等技术，对CdS材料的晶体结构和微观形貌等进行了表征，进而利用UV/Vis分光光度计，对其漫反射光吸收性能进行了测试。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

Cd(NO3)2·4H2O（AR），Na2S2O3·5H2O（AR）。试剂使用前均未做进一步处理。

AXS D8粉末衍射仪，S-4800场发射扫描电子显微镜，紫外/可见分光光度计。

1.2 CdS亚微米球的制备

利用简单的水热反应来制备CdS亚微米球状[11]。具体制备过程如下：称取2.0 mmol的Cd(NO3)2·4H2O溶于50mL去离子水中，充分搅拌使其完全溶解，然后将2.0 mmol的Na2S2O3·5H2O加入上述溶液中，持续搅拌使溶液混合均匀。将得到的溶液转移到100mL聚四氟乙烯反应釜中，将水热反应釜放入140℃的干燥箱中反应12h。反应结束后，将得到的产物用去离子水离心洗涤3次后，放进80℃干燥箱中干燥3h，即可得到CdS产物。

2 结果分析与讨论

2.1 CdS材料的晶体结构

图1是所制备的亚微米球状CdS材料的XRD图谱。从图中可以看到，在2θ为26.4°、43.8°和52.0°处出现3个显著的衍射峰，与立方相CdS(标准卡片JCPDS为10-0454)的3个衍射晶面(111)、(220)和(311)可完全对应[12]。同时，图谱中不存在其他明显的衍射峰，表明所制备的产物纯度较高，为单相立方结构的CdS晶体。

图1 CdS材料的XRD图谱

2.2 CdS材料的形貌结构

图2是扫描电镜拍摄的CdS材料的表面形貌，可以看到，CdS材料已形成球状结构，粒径分布较宽，主要集中在500～1000nm。虽然有部分微球交联在一起，但微球整体的分散性较好；同时有一些较小的纳米颗粒随机点缀在球状结构周围。球状结构的形成有效增大了CdS材料的比表面积，对于增强其对太阳光的吸收较为有利。

图2 CdS亚微米球的SEM图片

2.3 CdS材料的光吸收性能

图3是利用紫外/可见分光光度计测试得到的CdS材料的紫外-可见漫反射吸收光谱曲线。从图中可以看到，CdS材料在紫外和可见光波段都具有较好的光吸收性能。其吸收边约在540nm，吸收强度较高，表明所制备的CdS材料对380～540nm的可见光具有非常好的吸收效果，这与之前的研究结果是一致的。

图3 CdS材料的紫外-可见漫反射吸收光谱曲线

3 结论

本文采用水热反应法成功制备了亚微米球状结构的CdS材料。利用XRD、SEM和UV/Vis等方法，对所制备材料的晶体结构、微观形貌及光吸收性能进行了表征与测试。结果表明，所制备的CdS材料为立方相结构，结晶性非常好；形貌结构为亚微米球状结构，微球的粒径大小集中在500～1000nm。紫外/可见漫反射光谱测试结果表明，CdS材料对可见光具有较好的吸收性能，吸收边约在540nm。因此，球状结构的CdS材料可以作为优良的光吸收材料，用于对太阳能的高效吸收和利用。