一种用二硫化碳制备稀土硫氧化物的方法.pdf

本发明公开了一种用二硫化碳制备稀土硫氧化物的方法，包括以下步骤：(1)按物料稀土硝酸盐与物料硫单质摩尔数之比为1：3～5称取物料稀土硝酸盐和物料硫单质，物料稀土硝酸盐完全溶解于无水乙醇中；(2)将称取的物料硫单质完全溶解于溶剂二硫化碳中；(3)将所述步骤(1)和步骤(2)的液体混合后，加入油胺，搅拌均匀；(4)将混合物置于高压反应釜中，于180～220℃下反应20～40h后，自然降温至室温；(5)产物洗涤3～5次；(6)将洗涤后的产物放入恒温鼓风干燥箱中于60～70℃下烘干，得到稀土硫氧化物纳米晶。本发明的用二硫化碳制备稀土硫氧化物的方法，合成温度低，只有180～220℃；不需要含硫的有毒气体作为硫源，降低成本，提高安全性。

权利要求书
1.  一种用二硫化碳制备稀土硫氧化物的方法，该稀土硫氧化物的化学式为RE2O2S，RE为稀土元素Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按物料稀土硝酸盐与物料硫单质摩尔数之比为1：3～5称取物料稀土硝酸盐和物料硫单质，物料稀土硝酸盐完全溶解于无水乙醇中，搅拌均匀，所述稀土硝酸盐的稀土元素为Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种；
(2)将称取的物料硫单质完全溶解于溶剂二硫化碳中，搅拌均匀；
(3)将所述步骤(1)和步骤(2)的液体混合后，加入油胺，搅拌均匀；
(4)将搅拌均匀的混合物置于高压反应釜中，于180～220℃下反应20～40h后，自然降温至室温；
(5)高压反应釜中反应后的产物用无水乙醇洗涤3～5次；
(6)将洗涤后的产物放入恒温鼓风干燥箱中于60～70℃下烘干，得到稀土硫氧化物纳米晶。

2.  根据权利要求1所述的用二硫化碳制备稀土硫氧化物的方法，其特征在于：所述步骤(3)中油胺的体积为步骤(1)和步骤(2)的液体混合后体积的10％～15％。

说明书一种用二硫化碳制备稀土硫氧化物的方法
技术领域
本发明涉及一种用二硫化碳制备稀土硫氧化物的方法，属于精细化工领域。
背景技术
镧系化合物纳米晶在光电探测、生物发光探针、药物载体等方面具有广泛的应用，尤其是单分散镧系化合物纳米晶。稀土硫氧化物作为一种宽带的基质材料，具有较好的化学稳定性和热稳定性，作为光学材料得到了广泛的应用，然而单分散的稀土硫氧化物纳米晶的合成是十分困难的，尤其是中、重稀土硫氧化物纳米晶，因为基于软硬酸碱理论，稀土+3价离子属于硬酸，而-2价硫离子属于软碱，二者之间的亲和能力弱，中、重稀土离子的硬度更高，因此，中、重稀土硫氧化物纳米晶的合成是非常困难的。单分散的稀土硫氧化物纳米晶的合成方法现有报道主要有以下几种，一是以稀土的含硫配合物作为前躯体，在高温有机溶剂中通过热分解法得到稀土硫氧化物；但这种方法中前驱体配合物的合成是非常复杂和困难的，其热分解温度也高达310～380℃。二是以乙二醇和无水乙醇作为溶剂，以硫脲作为硫源，通过溶剂热反应法，在180～220℃下反应来合成稀土硫氧化物纳米晶；但这种方法中需要在500～800℃下进一步硫化处理才能够得到结晶良好的稀土硫氧化物纳米晶。三是在纯油胺溶剂中使用热分解温度较低的稀土乙酰丙酮盐作为反应前躯体，在280℃下通过硫化反应来合成稀土硫氧化物纳米晶；但这种方法中需要以H2S气体作为硫源，价格昂贵，而且对人体和环境具有潜在的危害。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用二硫化碳制备稀土硫氧化物的方法，不需要含硫的有毒气体作为硫源，降低成本，提高了安全性。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种用二硫化碳制备稀土硫氧化物的方法，该稀土硫氧化物的化学式为RE2O2S，RE为稀土元素Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种，包括以下步骤：
(1)按物料稀土硝酸盐与物料硫单质摩尔数之比为1：3～5称取物料稀土硝酸盐和物料硫单质，物料稀土硝酸盐完全溶解于无水乙醇中，搅拌均匀，所述稀土硝酸盐的稀土元素为Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种；
(2)将称取的物料硫单质完全溶解于溶剂二硫化碳中，搅拌均匀；
(3)将所述步骤(1)和步骤(2)的液体混合后，加入油胺，搅拌均匀；
(4)将搅拌均匀的混合物置于高压反应釜中，于180～220℃下反应20～40h后，自 然降温至室温；
(5)高压反应釜中反应后的产物用无水乙醇洗涤3～5次；
(6)将洗涤后的产物放入恒温鼓风干燥箱中于60～70℃下烘干，得到稀土硫氧化物纳米晶。
所述步骤(3)中油胺的体积为步骤(1)和步骤(2)的液体混合后体积的10％～15％。
有益效果：本发明的用二硫化碳制备稀土硫氧化物的方法，合成温度低，只有180～220℃，比文献报道的溶剂热合成法低60～100℃；不需要含硫的有毒气体作为硫源，降低成本，提高安全性；可一步法直接合成稀土硫氧化物单分散纳米晶，不需要进一步硫化和高温晶化处理。
具体实施方式
本发明用二硫化碳作为溶剂制备化学式为RE2O2S的单分散稀土硫氧化物纳米晶的6个具体实施例如下所示：
实施例1：
(1)按重量称取0.0005molY(NO3)3·6H2O，完全溶解于5ml无水乙醇中，搅拌均匀；
(2)按重量称取0.0015mol硫单质，完全溶解于28ml二硫化碳中，搅拌均匀；
(3)将所述步骤(1)和步骤(2)的液体混合后，加入3.3ml表面活性剂油胺，搅拌均匀；
(4)将搅拌均匀的混合物置于50ml高压反应釜中，于180℃下反应20h后，自然降温至室温；
(5)溶剂热反应后的产物用无水乙醇洗涤3次；
(6)将洗涤后的产物放入恒温鼓风干燥箱中于60℃下烘干，得到稀土硫氧化物纳米晶。
对该稀土硫氧化物的测试结果如下：
将过程(6)中烘干后的粉料用X射线衍射仪(XRD，D/Max2500)进行相组成分析，结果显示主要衍射峰的位置都与六方Y2O2S相对应，并且没有其他物质相的峰存在；用透射电子显微镜(TEM，JEM-2010UHR)进行颗粒尺寸和形貌分析，结果显示颗粒形貌为花状，颗粒分布均匀，平均颗粒尺寸为100-200nm。
实施例2：
(1)按重量称取0.0005molCe(NO3)3·6H2O，完全溶解于5ml无水乙醇中，搅拌均匀；
(2)按重量称取0.00175mol硫单质，完全溶解于29ml二硫化碳中，搅拌均匀；
(3)将所述步骤(1)和步骤(2)的液体混合后，加入3.74ml表面活性剂油胺， 搅拌均匀；
(4)将搅拌均匀的混合物置于50ml高压反应釜中，于190℃下反应25h后，自然降温至室温；
(5)溶剂热反应后的产物用无水乙醇洗涤3次；
(6)将洗涤后的产物放入恒温鼓风干燥箱中于65℃下烘干，得到稀土硫氧化物纳米晶。
对该稀土硫氧化物的测试结果如下：
将过程(6)中烘干后的粉料用X射线衍射仪(XRD，D/Max2500)进行相组成分析，结果显示主要衍射峰的位置都与六方Ce2O2S相对应，并且没有其他物质相的峰存在；用透射电子显微镜(TEM，JEM-2010UHR)进行颗粒尺寸和形貌分析，结果显示颗粒形貌为花状，颗粒分布均匀，平均颗粒尺寸为100-200nm。
实施例3：
(1)按重量称取0.0005molSm(NO3)3·6H2O，完全溶解于5.5ml无水乙醇中，搅拌均匀；
(2)按重量称取0.002mol硫单质，完全溶解于30ml二硫化碳中，搅拌均匀；
(3)将所述步骤(1)和步骤(2)的液体混合后，加入4.26ml表面活性剂油胺，搅拌均匀；
(4)将搅拌均匀的混合物置于50ml高压反应釜中，于200℃下反应30h后，自然降温至室温；
(5)溶剂热反应后的产物用无水乙醇洗涤4次；
(6)将洗涤后的产物放入恒温鼓风干燥箱中于65℃下烘干，得到稀土硫氧化物纳米晶。
对该稀土硫氧化物的测试结果如下：
将过程(6)中烘干后的粉料用X射线衍射仪(XRD，D/Max2500)进行相组成分析，结果显示主要衍射峰的位置都与六方Sm2O2S相对应，并且没有其他物质相的峰存在；用透射电子显微镜(TEM，JEM-2010UHR)进行颗粒尺寸和形貌分析，结果显示颗粒形貌为花状，颗粒分布均匀，平均颗粒尺寸为100-200nm。
实施例4：
(1)按重量称取0.0005molDy(NO3)3·6H2O，完全溶解于5.5ml无水乙醇中，搅拌均匀；
(2)按重量称取0.002mol硫单质，完全溶解于28ml二硫化碳中，搅拌均匀；
(3)将所述步骤(1)和步骤(2)的液体混合后，加入4.36ml表面活性剂油胺， 搅拌均匀；
(4)将搅拌均匀的混合物置于50ml高压反应釜中，于200℃下反应30h后，自然降温至室温；
(5)溶剂热反应后的产物用无水乙醇洗涤4次；
(6)将洗涤后的产物放入恒温鼓风干燥箱中于65℃下烘干，得到稀土硫氧化物纳米晶。
对该稀土硫氧化物的测试结果如下：
将过程(6)中烘干后的粉料用X射线衍射仪(XRD，D/Max2500)进行相组成分析，结果显示主要衍射峰的位置都与六方Dy2O2S相对应，并且没有其他物质相的峰存在；用透射电子显微镜(TEM，JEM-2010UHR)进行颗粒尺寸和形貌分析，结果显示颗粒形貌为花状，颗粒分布均匀，平均颗粒尺寸为100-200nm。
实施例5：
(1)按重量称取0.0005molTm(NO3)3·6H2O，完全溶解于6ml无水乙醇中，搅拌均匀；
(2)按重量称取0.00225mol硫单质，完全溶解于29ml二硫化碳中，搅拌均匀；
(3)将所述步骤(1)和步骤(2)的液体混合后，加入4.9ml表面活性剂油胺，搅拌均匀；
(4)将搅拌均匀的混合物置于50ml高压反应釜中，于210℃下反应35h后，自然降温至室温；
(5)溶剂热反应后的产物用无水乙醇洗涤5次；
(6)将洗涤后的产物放入恒温鼓风干燥箱中于70℃下烘干，得到稀土硫氧化物纳米晶。
对该稀土硫氧化物的测试结果如下：
将过程(6)中烘干后的粉料用X射线衍射仪(XRD，D/Max2500)进行相组成分析，结果显示主要衍射峰的位置都与六方Tm2O2S相对应，并且没有其他物质相的峰存在；用透射电子显微镜(TEM，JEM-2010UHR)进行颗粒尺寸和形貌分析，结果显示颗粒形貌为花状，颗粒分布均匀，平均颗粒尺寸为100-200nm。
实施例6：
(1)按重量称取0.0005molLu(NO3)3·6H2O，完全溶解于6ml无水乙醇中，搅拌均匀；
(2)按重量称取0.0025mol硫单质，完全溶解于30ml二硫化碳中，搅拌均匀；
(3)将所述步骤(1)和步骤(2)的液体混合后，加入5.4ml表面活性剂油胺， 搅拌均匀；
(4)将搅拌均匀的混合物置于50ml高压反应釜中，于220℃下反应40h后，自然降温至室温；
(5)溶剂热反应后的产物用无水乙醇洗涤5次；
(6)将洗涤后的产物放入恒温鼓风干燥箱中于70℃下烘干，得到稀土硫氧化物纳米晶。
对该稀土硫氧化物的测试结果如下：
将过程(6)中烘干后的粉料用X射线衍射仪(XRD，D/Max2500)进行相组成分析，结果显示主要衍射峰的位置都与六方Lu2O2S相对应，并且没有其他物质相的峰存在；用透射电子显微镜(TEM，JEM-2010UHR)进行颗粒尺寸和形貌分析，结果显示颗粒形貌为花状，颗粒分布均匀，平均颗粒尺寸为100-200nm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。