花状硫化铟纳米多级结构的液相合成及形貌调控机理

doi:10.7503/cjcu20140649

高等学校化学学报 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (12): 2523.doi: 10.7503/cjcu20140649

• 研究论文: 无机化学 • 上一篇下一篇

花状硫化铟纳米多级结构的液相合成及形貌调控机理

戚克振¹(), 王艳¹, 付嘉琦², 王贵昌⁴()

1. 沈阳师范大学化学与生命科学学院, 沈阳 110034
2. 北京大学化学与分子工程学院, 北京 100871
3. Department of Chemistry, College of Science, Sultan Qaboos University, Muscat 123, Sultanate of Oman
4. 南开大学化学学院, 天津 300071

收稿日期:2014-07-14 出版日期:2014-12-10 发布日期:2014-11-29
作者简介:联系人简介: 王贵昌, 男, 博士, 教授, 主要从事量子化学计算和多相催化研究. E-mail:wangguichang@nankai.edu.cn;戚克振, 男, 博士, 讲师, 主要从事无机合成与材料化学研究. E-mail:qikezhen2003@gmail.com
基金资助:
沈阳师范大学青年科研基金(批准号: 054-55440109035)资助

Solution-phase Synthesis and Morphology-controlled Mechanism of Flower-like Indium Sulfide Hierarchitectures^†

QI Kezhen^1,^*(), WANG Yan¹, FU Jiaqi², Rengaraj Selvaraj³, WANG Guichang^4,^*()

1. College of Chemistry and Life Science, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China
2. College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871, China
3. Department of Chemistry, College of Science, Sultan Qaboos University, Muscat 123, Sultanate of Oman
4. College of Chemistry, Nankai University, Tianjin 300071, China

Received:2014-07-14 Online:2014-12-10 Published:2014-11-29
Contact: QI Kezhen,WANG Guichang E-mail:qikezhen2003@gmail.com;wangguichang@nankai.edu.cn
Supported by:
† Supported by the Research Fund for Young Scholars of Shenyang Normal University, China(No.054-55440109035).

摘要/Abstract

摘要：

以C₂H₅NS和In(NO₃)₃为前驱物, 采用简单的液相法成功制备了In₂S₃纳米多级结构, C₂H₅NS作为硫源的同时也起到了模板剂的作用. 研究结果表明, 前驱物浓度对In₂S₃形貌控制起着重要作用. 随着In(NO₃)₃/C₂H₅NS 摩尔比从1:1.5增加到1:6, In₂S₃纳米花呈现了不同的形貌和尺寸. XRD谱图显示, In₂S₃纳米花晶体具有立方结构. SEM和TEM照片显示, 制备的In₂S₃纳米结构呈多级花状结构, 这种结构由纳米片堆积组装而成. 通过第一性原理计算并结合实验结果对C₂H₅NS影响纳米片生长的机理进行了分析, 结果表明C₂H₅NS在In₂S₃(001)晶面上的吸附可以有效降低晶面的表面能, 起到稳定晶面的作用; 纳米花的形成是在C₂H₅NS影响In₂S₃的晶面稳定性及其成核速率之间的一个协同效应. In₂S₃纳米晶的形貌可以通过调整反应溶液中的C₂H₅NS浓度来调节.

关键词: 硫化铟纳米花, 液相合成, 密度泛函理论, 表面能, 形貌控制

Abstract:

Flower-like In₂S₃ hierarchical nanostructures were successfully prepared via a facile solution-phase route, using In(NO₃)₃ as processor and C₂H₅NS as sulfur source. Our experimental results demonstrated that the morphology of the product can be easily modified by tuning the precursor ratio. The molar ratio of In(NO₃)₃/C₂H₅NS plays a crucial role in the morphology of In₂S₃ hierarchitectures. With the ratio increasing from 1:1.5 to 1:6, the flower-like In₂S₃ crystals exhibited various morphologies and different sizes. X-ray diffraction(XRD) patterns of the flowers revealed the cubic structure of In₂S₃; morphological studies examined by scanning electron microscope(SEM) and transmission electron microscope(TEM) showed that the synthesized In₂S₃ nanostructure was flower-like hierarchitecture assembled by nanoflakes. Density functional theory(DFT) calculation results indicate that the adsorption of C₂H₅NS can affectively and selectively reduce the surface energy of In₂S₃ facet, stabilize the corresponding crystal facet. The results indicate that there is a synergistic effect between C₂H₅NS protecting the crystal facet and the nucleation rate for C₂H₅NS to tune the growth of In₂S₃ nanoplates. Therefore, the morphology of flower-like In₂S₃ crystals can be controlled by adjusting the C₂H₅NS concentration in the mixed solvent.

Key words: In2S3 nanoflowers, Solution-based synthesis, Density functional theory, Surface energy, Morpho-logy control

中图分类号:

O611.4

TrendMD:

戚克振, 王艳, 付嘉琦, 王贵昌. 花状硫化铟纳米多级结构的液相合成及形貌调控机理. 高等学校化学学报, 2014, 35(12): 2523.

QI Kezhen, WANG Yan, FU Jiaqi, Rengaraj Selvaraj, WANG Guichang. Solution-phase Synthesis and Morphology-controlled Mechanism of Flower-like Indium Sulfide Hierarchitectures^†. Chem. J. Chinese Universities, 2014, 35(12): 2523.

图/表 6

Fig.1 XRD pattern of the In2S3 nanoflowers

Fig.2 SEM image(A), low(B) and high(C) magnification TEM images, HRTEM image of the selected area marked with a rectangle in (C)(D) and EDS spectrum(E) of as-prepared In2S3 nanoflowers

Fig.3 SEM images of the as-prepared products at In(NO3)3/C2H5NS molar ratios of 1:1.5(A), 1:3.5(B), 1:4.5(C) and corresponding XRD patterns(D) n[In(NO3)3/n(C2H5NS)]: a. 1:1.5; b. 1:3.5; c. 1:4.5.

Fig.4 Crystal structure of In2S3(A) and the side view of In2S3 (001) periodic slab model(B)

Fig.5 Adsorption structures of C2H5NS on In2S3 (001) with different surface coverage Surface coverage: (A) 1/6; (B) 1/4; (C) 1/2; (D) 1/1.

Fig.6 Evolution of adsorption energies(A) and surface energies(B) with the surface coverage variation of C2H5NS on In2S3(001)

参考文献 36

[1]	Zhang Y. L., Hu X. B., Xu Y. L., Ding M. L., Acta Chim. Sinica, 2013, 71, 1341—1353
[2]	Chen Q., Sun Y., Duan X. C., Zheng W. J., Chem. J. Chinese Universities, 2011, 32(3), 667—672
	(陈青, 孙燕, 段小川, 郑文君. 高等学校化学学报, 2011, 32(3), 667—672)
[3]	Cao Y. A., Shen D. F., Zhang X. T., Meng Q. J., Ma Y., Wu Z. Y., Bai Y. B., Li T. J., Yao J. N., Chem. J. Chinese Universities, 2001, 22(11), 1910—1912
	(曹亚安, 沈东方, 张昕彤, 孟庆巨, 马颖, 吴志芸, 白玉白, 李铁津, 姚建年. 高等学校化学学报, 2001, 22(11), 1910—1912)
[4]	Liu X. X., Fan C. M., Wang Y. F., Wang Y. W., Zhang X. C., Ligng Z. H., Scientia Sinica Chimica, 2012, 42, 1145—1151
	(刘晓霞, 樊彩梅, 王韵芳, 王雅文, 张小超, 梁镇海. 中国科学: 化学, 2012, 42, 1145—1151)
[5]	Xiao Y. M., Wu J., Lin J. Y., Tai S. Y., Yue G. T., J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 1289—1295
[6]	Wang H., Liang Q. Q., Wang W. J., An Y. R., Li J. H., Guo L., Cryst. Growth Des., 2011, 11, 2942—2947
[7]	Wang Q. H., Jiao L. F., Du H. M., Yang J. Q., Huan Q. N., Peng W. X., Si Y. H., Wang Y. J., Yuan H. T., Cryst. Eng. Comm., 2011, 13, 6960—6963
[8]	Liu S. L., Tang Y. Y., Han M., Bao J. C., Dai Z. H., Scientia Sinica Chimica, 2014, 44, 327—333
	(刘苏莉, 唐媛媛, 韩敏, 包建春, 戴志晖. 中国科学: 化学, 2014, 44, 327—333)
[9]	Rengaraj S., Venkataraj S., Jee S. H., Kim Y. H., Tai C. W., Repo E., Koistinen A., Ferancova A., Sillanpää M., Langmuir,2011, 27, 352—358
[10]	Afzaal M., Malika M. A., O'Brien P., Chem. Commun., 2004, 3, 334—335
[11]	Kim W. T., Kim C. D., J. Appl. Phys., 1986, 60, 2631-1—2631-3
[12]	Jayakrishnan R., Sebastian T., John T. T., Kartha C. S., Vijayakumar K. P., J. Appl. Phys., 2007, 102, 043109-1—043109-8
[13]	Calixto-Rodriguez M., Tiburcio-Silver A., Ortiz A., Sanchez-Juarez A., Thin Solid Films, 2005, 480, 133—143
[14]	Yang M. Q., Weng B., Xu Y. J., J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 1710—1720
[15]	Liu G. D., Jiao X. L., Qin Z. H., Chen D. R., Cryst. Eng. Comm., 2011, 13, 182—187
[16]	Du W. M., Zhu J., Li S. X., Qian X. F., Cryst. Growth Des., 2008, 8, 2130—2136
[17]	Franzman M. A., Brutchey R. L., Chem. Mater., 2009, 21, 1790—1792
[18]	Liu Y., Xu H. Y., Qian Y. T., Cryst. Growth Des., 2006, 6, 1304—1307
[19]	He Y. H., Li D. Z., Xiao G. C., Chen W., Chen Y. B., Sun M., Huang H. J., Fu X. Z., J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 5254—5262
[20]	Datta A., Sinha G., Panda S. K., Patra A., Cryst. Growth Des., 2009, 1, 427—431
[21]	Kim Y. H., Lee J. H., Shin D. W., Park S. M., Moon J. S., Nam J. G., Yoo J. B., Chem. Commun., 2010, 46, 2292—2294
[22]	Li G., Liu H., J. Mater. Chem., 2011, 21, 18398—18402
[23]	Park K. H., Jang K., Son S. U., Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45, 4608—4612
[24]	Liu L., Liu H. J., Kou H. Z., Wang Y. Q., Zhou Z., Ren M. M., Ge M., He X. N., Cryst. Growth Des., 2009, 9, 113—117
[25]	Abadi P. G. S., Salavati-Niasari M., Davar F., Superlatt. Microstruc., 2013, 53, 76—93
[26]	Gu Y., Wang Y., RSC Adv., 2014, 4, 8582—8589
[27]	Peng Q., Controllable Synthesis and Characterization of Nanoscale Semiconductor Metal Selenides and Tellurides, Tsinghua University, Beijing, 2003
	(彭卿. 硒碲化合物半导体纳米材料的调控合成、结构与性能研究, 北京: 清华大学, 2003)
[28]	Zhao P. T., Huang T., Huang K. X., J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 12890—12897
[29]	Chen X. Y., Zhang Z. J., Zhang X. F., Liu J. W., Qian Y. T., Chem. Phys. Lett., 2005, 407, 482—486
[30]	Kresse G., Hafner J., Phys. Rev. B, 1994, 49, 14251—14269
[31]	Blöchl P. E., Phys. Rev. B, 1994, 50, 17953—17979
[32]	Perdew J. P., Chevary J. A., Vosko S. H., Jackson K. A., Pederson M. R., Singh D. J., Fiolhais C., Phys. Rev. B, 1992, 46, 6671—6687
[33]	Monkhorst H. J., Pack J. D., Phys. Rev. B, 1976, 13, 5188—5192
[34]	Wulff G., Z. Kristallogr. Mineral., 1901, 34, 449—530
[35]	Qi K. Z., Yu J., Chen K., Cryst. Res. Technol., 2013, 48, 1083—1086
[36]	Prabakar S., Bumby C. W., Tilley R. D., Chem. Mater., 2009, 21, 1725—1730

相关文章 15

[1]	何鸿锐, 夏文生, 张庆红, 万惠霖. 羟基氧化铟团簇与二氧化碳和甲烷作用的密度泛函理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220196.
[2]	黄汉浩, 卢湫阳, 孙明子, 黄勃龙. 石墨炔原子催化剂的崭新道路:基于自验证机器学习方法的筛选策略[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(5): 20220042.
[3]	刘洋, 李旺昌, 张竹霞, 王芳, 杨文静, 郭臻, 崔鹏. Sc₃C₂@C₈₀与[12]CPP纳米环之间非共价相互作用的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220457.
[4]	王园月, 安梭梭, 郑旭明, 赵彦英. 5-巯基-1, 3, 4-噻二唑-2-硫酮微溶剂团簇的光谱和理论计算研究[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220354.
[5]	周成思, 赵远进, 韩美晨, 杨霞, 刘晨光, 贺爱华. 硅烷类外给电子体对丙烯-丁烯序贯聚合的调控作用[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220290.
[6]	程媛媛, 郗碧莹. ·OH自由基引发CH₃SSC $H 3 •$ ⁺自由基裂解反应机理的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220271.
[7]	黄罗仪, 翁约约, 黄旭慧, 王朝杰. 车前草中黄酮类成分结构和性质的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(9): 2752.
[8]	马丽娟, 高升启, 荣祎斐, 贾建峰, 武海顺. Sc, Ti, V修饰B/N掺杂单缺陷石墨烯的储氢研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(9): 2842.
[9]	钟声广, 夏文生, 张庆红, 万惠霖. 电中性团簇MCu₂O_x(M=Cu²⁺, Ce⁴⁺, Zr⁴⁺)上甲烷和二氧化碳直接合成乙酸的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(9): 2878.
[10]	郑若昕, 张颖, 徐昕. 低标度XYG3双杂化密度泛函的开发与测评[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2210.
[11]	应富鸣, 计辰儒, 苏培峰, 吴玮. 基于完全活性空间自洽场的杂化多组态密度泛函方法λ-DFCAS[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2218.
[12]	柳扬, 李清波, 孙杰, 赵显. Ga对在AlN衬底上直接生长石墨烯的远程催化[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2271.
[13]	王建, 张红星. 四配位铂磷光发射体结构与光物理性质关系的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2245.
[14]	胡伟, 刘小峰, 李震宇, 杨金龙. 金刚石纳米线氮空位色心的表面与尺寸效应[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2178.
[15]	杨一莹, 朱荣秀, 张冬菊, 刘成卜. 金催化炔基苯并二𫫇英环化合成8-羟基异香豆素的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2299.

花状硫化铟纳米多级结构的液相合成及形貌调控机理

Solution-phase Synthesis and Morphology-controlled Mechanism of Flower-like Indium Sulfide Hierarchitectures^†

RichHTML

PDF (PC)

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 6

参考文献 36

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

花状硫化铟纳米多级结构的液相合成及形貌调控机理

Solution-phase Synthesis and Morphology-controlled Mechanism of Flower-like Indium Sulfide Hierarchitectures†

RichHTML

PDF (PC)

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 6

参考文献 36

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

Solution-phase Synthesis and Morphology-controlled Mechanism of Flower-like Indium Sulfide Hierarchitectures^†