材料的制备技术与实践实验报告

材料的制备技术与实践实验报告

反相微乳法合成CdS纳米颗粒

王浩任1433032

一、实验目的

1. 了解粉体的合成，学习用反相微乳液法制备CdS纳米颗粒；

2. 掌握实验技巧，熟悉实验操作；

3. 学习反相微乳液法的实验原理，了解各部分液体在反应中的作用。

4. 了解紫外分光光度计的测试原理。

二、实验原理

1. 微乳液法是粉体合成中的一种常用方法。微乳液是将两种互不相溶的液体在表面活性剂作用下形成的热力学稳定、各向同性、外观透明或半透明、粒径在1~100nm的分散体系。微乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成均匀的乳液，从乳液中析出固相从而制备出一定粒径的纳米粉体。

2. 微乳液常由四部分构成：表面活性剂，助表面活性剂(通常C4～C8脂肪醇)、油(通常为碳氢化合物)和水(或电解质水溶液)。表面活性剂(Surfactant, 即Surface Active Agent)是一类具有“两亲”性质的分子组成的物质，在表面和界面有吸附的趋势。表面活性剂的特是能够自发地在界面定向地形成单分子层，更重要的是能够在溶液中形成自组装结构（胶束，囊泡）。具有乳化、扩散、润湿、发泡或者去污等性质。当表面活性剂的水溶液浓度超过40%时，就会有序聚集形成液晶相。

3. 胶束：表面活性剂在溶液中的浓度超过某一临界值后，其分子或离子自动缔合成的胶体大小的聚集体微粒，这种胶体质点与离子之间处于平衡状态。表面活性剂分子在界面形成单分子层吸附后，若达到饱和后，如果表面活性剂的浓度继续增加，则分子中的长链亲油基团通过分子间吸引力相互缔合，自身相互抱成团，而亲水基团则伸向水中，与水分子结合，形成聚集体，即胶束。亲油端在内、亲水端在外的“水包油型(O/W)”胶束，叫“正相胶束（团）。亲水端在内、亲油端在外的“油包水型(W/O)”胶束，叫“反相胶束”。

4. Shah法：将油、表面活性剂、助剂按一定比例混合均匀后，向其中滴入水或水溶液，当水相含量达到一定值时便会瞬间形成透明的w／O型微乳液。

5. 外分光光度计基本工作原理和红外光谱仪相似，利用一定频率的紫外可见光照射被分析的有机物质，引起分子中价电子的跃迁，它将有选择地被吸收。一组吸收随波长而变化的光谱，反映了试样的特征。在紫外可见光的范围内，对于一个特定的波长，吸收的程度正比于试样中该成分的浓度。

三、实验设备和药品

紫外分光光度计，磁力搅拌台两个，100ml烧杯2只，移液管四根，CdCl2，NaS，环己烷，正戊醇，曲拉通（TritonX-100）

四、实验步骤

1.制备微乳液A：将30ml环己烷，3ml TritonX-100放入烧杯中，将烧杯放在磁力搅拌台上搅拌五分钟，然后在搅拌状态下依次加入1ml正戊醇，0.5mlCdS溶液。搅拌十分钟。

2.制备微乳液B：将30ml环己烷，3ml TritonX-100放入烧杯中，将烧杯放在磁力搅拌台上搅拌五分钟，然后在搅拌状态下依次加入1ml正戊醇，0.5mlNa2S溶液。

搅拌十分钟。

3.将微乳液B缓缓倒入在搅拌状态下的A乳液。混合五分钟，混合均匀后将上层清液去除。下层沉淀离心。

4.离心后加酒精稀释，进行紫外分光光度计的测试。

五、实验现象

①当向烧杯中加入依次30ml环己烷，3ml TritonX-100，1ml正戊醇过程中，溶液一直保持无色透明状；此后，一经加入CdCl2溶液或Na2S溶液，溶液立即呈变白；搅拌10min，溶液呈均匀的白色；

②微乳液A和微乳液B一旦混合后，溶液慢慢变黄，这说明CdS已经形成；

③缓慢搅拌溶液保持10min并静置后，可观察溶液分为两层，上层为无色的液体，下层为黄色乳液。因为环己烷的密度小于水，所以上层液体应为环己烷，下层为含有CdS纳米颗粒的水相；并且，很容易观察到水相的体积大于之前加入的CdCl2溶液和Na2S溶液的体积之和，说明水相中还包含有TritonX-100和正戊醇。

④离心后，固相被分离出来，呈橙红色；液相分为两层，上层为油相，下层为

水相。

六、实验结果与分析

图1 CdS胶体粒子的紫外-可见吸收图谱

图1为不同CdCl2溶液或Na2S溶液的体积条件下合成的CdS胶体粒子分散在无水乙醇中的紫外可见吸收光谱

CdS是直接带隙半导体,其体相带隙宽度为2.5ev。当CdS的尺寸接近或小于它的激子半径50~60mm时，其吸收光谱会随粒径的减小而发生蓝移。因此紫外可见吸收光谱反映了CdS胶体粒子的尺寸信息。图为不同w值条件下合成的CdS胶体粒子在环己烷/TrionX-100/正戊醇/水体系中的紫外可见吸收光谱。从图中可以看出随着w值的逐渐减小CdS吸收光谱有显著的蓝移现象。体现了量子尺寸效应，说明产物粒径已接近或小于CdS激子半径，且随着w值的减小而减小。

即随之w（H2O与TrionX-100的比例）的变小，CdS的最大吸收波长越来越小。即在环己烷/TritonX-100/正戊醇/水的四元微乳体系中合成的CdS胶体粒子的直径随着CdCl2溶液或Na2S溶液的体积的变小而变小。

七、实验总结

①本实验在环己烷/Triton X-100/正戊醇/水的反相微乳体系中合成了CdS纳米晶，通过对紫外可见吸收光谱的分析，确定产物的带隙宽度，进而估算了产物的粒径，发现CdS纳米晶的尺寸随CdCl2溶液或Na2S溶液的体积的变小而变小，即随着[H2O]：[Triton X-100]比例的变小而变小。

②最后得到的CdS纳米晶分散在乙醇溶液中，由于合成的CdS纳米晶尺寸非常小，具有较高的比表面积，极易团聚在一起，并且随着时间的增加，团聚程度增大，所以可能出现一些不寻常的曲线和数据。

③通过此次实验，体验了用反相微乳法合成CdS纳米晶的整个制备过程，在理论和实践结合的过程中，更加深入地理解了微乳液法的原理。