崔玉民等采用胶体化学法制备的表面负镉的Cd/CdS纳米粒子对水溶液的甲基橙进行了光催化降解,探讨了光催化反应机理,讨论了光催化剂用量,双氧水的用量,试液的PH值,光照时间与甲基橙脱色率的关系[5]。王伯勇等对CdS、ZnO和Ti02三种催化剂进行降解甲基橙效果的比较,实验表明CdS的降解效果最好[6]。冯新星等用丝素膜制备的纳米CdS对活性染料KD-8B有较好的光催化活性[7]。杜娟等用不同方法制备了纳米CdS,以甲酸水溶液制氢反应为探针,比较了不同方法制备的CdS的光催化活性[8]。
1.2 纳米材料概述
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料,这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点,以及其特有的三大效应:表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。对于理想球状颗粒,当比表面积大于60m2/g时,其直径将小于100nm,达到纳米尺寸。
纳米材料(nanometer material)由于其尺寸已经接近电子的相干长度,它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且,其尺度已接近光的波长,加上其具有大表面的特殊效应,因此其所表现的特性往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料,由纳米粒子(nano particle)组成。纳米粒子一般是指尺寸在1~100nm间的粒子,是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域,从通常的关于微观和宏观的观点看,这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统,是一种典型的介观系统。当人们将宏观物体细分成超微颗粒(纳米级)后,它将显示出光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。
纳米晶体指晶粒为纳米尺寸的晶体材料,或具有晶体结构的纳米颗粒。纳米晶体具有很重要的研究价值。纳米晶体的电学和热力学性质显现出很强的尺寸依赖性,从而可以通过细致的制造过程来控制这些性质。纳米晶体能够提供单体的晶体结构,通过研究这些单体的晶体结构可以提供信息来解释相似材料的宏观样品的行为,而不用考虑复杂的晶界和其他晶体缺陷。尺寸小于10纳米的半导体纳米晶体通常被称为量子点。
近年来许多物理的和湿化学的合成技术被用来合成不同形貌和尺寸的CdS纳米材料[9]-[11],其中水热、溶剂热法是一种有效的晶体生长手段。该法易于合成纯度高、晶型好、单分散、形状以及大小可控的纳米微粒,因此近年来在纳米材料的合成中得到了广泛应用[12]。已有一些报道用乙二胺作为络合剂或反应溶剂[13]-[16]。研究表明,乙二胺与金属离子形成络合物的模板作用是CdS取向生长的关键。胡元方[17]等利用水热法,在络合剂乙二胺的参与下,以硫酸镉和硫代乙酰胺为原料,制得了光催化活性很高的棒状纳米CdS。
1.3 纳米材料的制备
1.气相法:气相法优点是颗粒细、团聚少,缺点是设备要求比较高。气相法分为物理气相法与化学气相法。
(1)物理气相沉淀法
物理气相沉淀法在整个纳米材料形成过程中没有发生化学反应,主要是利用各种热源促使金属等块体材料蒸发气化,然后冷却沉积而得到纳米材料,主要用于制备金属纳米微粒。物理气相沉淀法主要包括气体冷凝法和电极溅射法。
(2)化学气相反应法
化学气相反应法制备纳米微粒是利用挥发性的金属化合物的蒸气,通过化学反应生成所需要的化合物,在保护气体环境下快速冷凝,从而制备出各类物质的纳米粒子。该方法也叫化学气相沉积法(Chemical VaporDeposition,简称CVD)。