CN101054198A - 单分散三元硫化物CuInS2的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单分散三元硫化物CuInS2的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。以烷基胺为表面活性剂，采用化学溶液法制备单分散三元硫化物CuInS2纳米晶。首先将铜盐、铟盐、硫源及烷基胺分散于溶剂中，制备反应液，然后将配制好的反应液进行溶剂热处理，即可得到形貌规则的单分散三元硫化物CuInS2纳米晶。本发明方法简单、成本低，可以大规模的合成单分散的CuInS2纳米晶。制备所得的CuInS2纳米晶为多面体形状，其尺寸大小为13－17纳米，且可以在大范围内自组装形成单层的纳米超晶格。
Description
技术领域
本发明涉及一种单分散三元硫化物CuInS2的制备方法，采用化学溶剂热法制备单分散的三元硫化物CuInS2。属于纳米材料制备技术领域。
背景技术
由于尺寸和形貌控制的物理化学性质以及在光学、电学、催化、生物传感器、数据存储等领域的重要应用，单分散的无机纳米晶体在过去十几年里已经吸引了越来越多的注意。尤其是半导体二元硫化物(如CdS，CdSe，CdTe，PbS，ZnS，MnS等)，由于其量子限域效应和尺寸依赖的光学性质，其胶状单分散纳米材料的制备和性能研究已经取得了显著的成就。然而，由于缺乏合适的合成方法，单分散三元硫化物的研究已经远远落后于二元硫化物的研究。因此，如何控制合成胶状单分散的三元硫化物仍然存在很大的困难。I-III-VI2(I＝Cu，Ag；III＝Ga，In；VI＝S，Se，Te)是一系列性能优异的功能材料，其在光伏太阳能电池、光发射二极管、线性和非线性光学仪器等方面有重要的应用。其中，CuInS2是一种非常重要的功能材料，其特有的高吸光系数(α≈5×105cm-1)、最佳的带隙能(1.45eV，接近于太阳光1.1≤Eg≤1.5eV)、较低的生产成本和无毒性使之成为可以应用于太阳能电池的优良光电转换材料。目前，基于CuInS2材料的太阳能电池已经能够在实验室的规模达到接近18％的光转换率。理论研究认为这种较高的光转换率一般是由于晶粒间界的空穴能垒阻止了电子-空穴的复合以及随意的形成的P-N结所导致的。因此，合成单分散的单晶CuInS2纳米晶将会产生大量的晶粒间界和P-N结，从而有可能大大提高其光电转换性能。然而就目前CuInS2的合成方法来看，乙二胺溶剂热法、化学热解法和高温培烧法等一般得到的是不规则形状的产物或是严重团聚的无规纳米材料，有的甚至是体相材料。而金属有机单分子前驱物热解法虽然也能得到单分散的CuInS2纳米晶，但是由于其所用单分子前驱物的合成过程非常繁琐、生产成本很高和前驱物本身的剧毒性，使得该方法在光伏太阳能电池等应用领域的进一步推广受到极大的限制。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术不足，提供一种操作简单、生产成本低、可以获得单分散CuInS2纳米晶的制备方法。
为实现这样的目的，本发明的技术方案中，以烷基胺为表面活性剂，以二硫化碳为硫源，以苯甲醚为反应溶剂，采用化学溶液苯甲醚溶剂热制备三元硫化物CuInS2纳米晶。首先将铜盐、铟盐、硫源及烷基胺溶于苯甲醚中，制备反应液；然后将将配制好的反应液于溶剂热条件下处理，即可得到形貌规则的单分散三元硫化物CuInS2纳米晶。
本发明的制备方法包括以下具体步骤：
①化学反应液的制备：将铜盐、铟盐、烷基胺表面活性剂、二硫化碳混合溶于苯甲醚中，制备反应液，其中铜盐的浓度为0.01～0.05mol·l-1、铟盐与铜盐的摩尔比为1∶1、表面活性剂与铜盐的摩尔比为6～15，二硫化碳与铜盐的摩尔比为20～40。
本发明所说的铜盐为醋酸铜、铟盐为氯化铟，所述的表面活性剂为十六胺、十八胺或油胺，反应溶剂为苯甲醚，硫源为二硫化碳。
②单分散三元硫化物CuInS2纳米晶的合成：将反应液移入带有聚四氟乙烯内胆的高压反应釜，于200℃溶剂热处理12-24小时后，自然冷却到约60-70℃，加入反应液总体积20～30％的甲醇，然后将产物离心分离，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干，即获得单分散三元硫化物CuInS2纳米晶。
本发明的优良效果是：
①由于采用了烷基胺为表面活性剂，使得CuInS2的纳米晶体在生长的过程中达到很好的控制生长，对CuInS2的纳米晶体起到了较好的保护作用，防止了纳米晶的团聚，使之具有很好的尺寸分布和形貌均匀性。
②由于本发明采用了化学溶液法反应，原料便宜，操作简单、成本低、效率高，易于进一步的工业生产。制备的CuInS2纳米晶为多面体形状，其尺寸大小为13-17纳米，且可以在大范围内自组装形成单层的纳米超晶格。
附图说明
图1为本发明实施例1所得的三元硫化物CuInS2纳米晶的物相组成图谱，其中，(a)为X-射线衍射图谱，(b)为能量散射X-射线图谱。
图2为本发明实施例1所得的三元硫化物CuInS2纳米晶的不同放大倍数的透射电镜照片。
图3为本发明实施例2所得三元硫化物CuInS2纳米晶的高分辨透射电镜照片。
图4为本发明实施例3所得三元硫化物CuInS2纳米晶的透射电镜照片。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。
实施例1
①在一个100ml的烧瓶中，将0.4mmol的醋酸铜、0.4mmol的氯化铟、4mmol的十八胺加入到39ml的苯甲醚中，加热到60℃并保持1小时后加入0.5ml二硫化碳，加入的同时继续磁力搅拌，制备成CuInS2纳米晶的反应液。
②将按照步骤①制备的反应液移入带有50ml聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，在200℃反应12小时后，反应釜自然冷却到60℃，加入10ml甲醇，离心分离后，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干样品，即可获得单分散三元硫化物CuInS2纳米晶。
所得到的单分散三元硫化物CuInS2纳米晶的X-射线衍射图如图1a。由图可见所制备的材料为四方晶型的CuInS2。图1b是得到CuInS2纳米晶的能量散射X-射线分析图谱，由图可见所制备的材料所含元素为铜、铟和硫，三者原子含量比为1∶0.92∶2.06，符合CuInS2纳米晶的化学计量比。其中的碳信号来自于CuInS2纳米晶表面包覆的十六胺，氧碳信号来自于CuInS2纳米晶的少量的氧化或空气里面的氧。图2是所得CuInS2的不同放大倍数的透射电镜照片。由图2a可见，该CuInS2纳米晶可以在大范围内自组装形成单层的纳米超晶格，说明该方法可以大规模的合成胶状的单分散CuInS2纳米晶。从更大放大倍数的透射电镜照片图2b可以看出，所得CuInS2纳米晶的尺寸为13-17纳米，具有很好的尺寸分布，而且其形貌为多面体形状。
实施例2
①在一个100ml的烧瓶中，将0.4mmol的醋酸铜、0.4mmol的氯化铟、3.6mmol的十六胺加入到39ml的苯甲醚中，加热到60℃并保持1小时后加入1ml二硫化碳，加入的同时继续磁力搅拌，制备成CuInS2纳米晶的反应液。
②将按照步骤①制备的反应液移入带有50ml聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，于200℃溶剂热24小时后，反应釜自然冷却到60℃，加入10ml甲醇，离心分离后，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干样品，即可以获得类似于实施例1的单分散三元硫化物CuInS2纳米晶。
图3是所得到的三元硫化物CuInS2纳米晶的高分辨透射电镜照片。由图可见，该三元硫化物CuInS2纳米晶具有清晰的晶格条纹，说明合成的CuInS2纳米晶为高度结晶的单晶结构。其中2.80的晶面间距对应于四方CuInS2的[004]面的d值，说明CuInS2的纳米晶沿<001>方向的快速生长，且其在<00-1>方向上生长受限，从而形成了金字塔形的多面体纳米晶。
实施例3
①在一个100ml的烧瓶中，将0.8mmol的醋酸铜、0.8mmol的氯化铟、12mmol的油胺加入到39ml的苯甲醚中，加热到60℃并保持1小时后加入0.5ml二硫化碳，加入的同时继续磁力搅拌，制备成CuInS2纳米晶的反应液。
②将按照步骤①制备的反应液移入带有50ml聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，于200℃溶剂热24小时后，反应釜自然冷却到60℃，加入10ml甲醇，离心分离后，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干样品，即可以获得单分散三元硫化物CuInS2纳米晶。
图4是所得到的单分散三元硫化物CuInS2纳米晶的透射电镜照片。由图可见，该实施例的产物的形貌、尺寸与实施例1几乎相同，且可以自组装成与实施例1类似的单层的纳米超晶格。
Claims (3)
1、一种单分散三元硫化物CuInS2的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)化学反应液的配制： 将铜盐、铟盐、表面活性剂烷基胺、二硫化碳混合溶于苯甲醚中，配制成反应液；其中铜盐的浓度为0.01～0.05mol·l-1，铟盐与铜盐的摩尔比为1∶1，表面活性剂与铜盐的摩尔比为6～15，二硫化碳与铜盐的摩尔比为20～40；
2)单分散三元硫化物CuInS2纳米晶的合成：将反应液移入带有聚四氟乙烯内胆的高压反应釜，于200℃溶剂热处理12-24小时后，自然冷却到60-70℃，加入反应液总体积20～30％的甲醇，将产物离心分离，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干，即获得单分散三元硫化物CuInS2纳米晶。
2、根据权利要求1的单分散三元硫化物CuInS2的制备方法，其特征在于所述的铜盐为醋酸铜、铟盐为氯化铟，所述的表面活性剂为十六胺、十八胺或油胺，反应溶剂为苯甲醚，硫源为二硫化碳。
3、一种采用权利要求1或2的方法制备的单分散三元硫化物CuInS2纳米晶，其特征在于所述CuInS2纳米晶为多面体形状，其尺寸大小为13-17纳米，且可以在大范围内自组装形成单层的纳米超晶格。
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Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009109110A1 (zh) * | 2008-03-06 | 2009-09-11 | 拜耳技术工程{上海}有限公司 | 铜铟硫半导体纳米粒子及其制备方法 |
| CN101885509A (zh) * | 2010-07-23 | 2010-11-17 | 河南大学 | 一种纳米CuInS2的制备方法 |
| CN102041555A (zh) * | 2011-01-14 | 2011-05-04 | 南开大学 | 一种CuInS2纳米晶材料的制备方法 |
| CN101870458B (zh) * | 2009-04-22 | 2012-05-09 | 钟润文 | 多元金属硫族元素化合物和靶材及涂层材料的制备方法 |
| CN102583263A (zh) * | 2012-02-14 | 2012-07-18 | 北京理工大学 | 一种水相合成禁带可调的Cu-In-X三元纳米颗粒的方法 |
| WO2012163976A1 (en) | 2011-06-03 | 2012-12-06 | Bayer Intellectual Property Gmbh | Continuous process for the synthesis of ternary or quaternary semiconducting nanoparticles based on ib, iiia, via elements of the periodic classification |
| CN103601232A (zh) * | 2013-09-18 | 2014-02-26 | 重庆大学 | 一种四硫七铜一钾纳米线的制备方法及电容器 |
| CN106544004A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-03-29 | 东南大学 | 可调节荧光和室温铁磁性的四元稀磁量子点材料及其制备方法 |
| CN107059131A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-08-18 | 南京信息工程大学 | 一种半导体纳米晶及其制备方法与应用 |
| CN108380169A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-08-10 | 华北电力大学 | 去除放射核素U(VI)用层状金属硫化物NaInS2及制备 |
| CN112520716A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-19 | 国家纳米科学中心 | 一种二维层状CuInP2S6半导体材料及其制备方法 |
| CN114250473A (zh) * | 2022-03-01 | 2022-03-29 | 青岛理工大学 | 氧化铁基z型异质结复合光阳极膜及其制备方法和应用 |
| CN115197695A (zh) * | 2021-04-14 | 2022-10-18 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种CuInS2量子点超晶格结构的制备方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101844799B (zh) * | 2010-06-17 | 2012-05-09 | 安阳师范学院 | 六角形二硫化锡纳米片的制备方法 |
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2007
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Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009109110A1 (zh) * | 2008-03-06 | 2009-09-11 | 拜耳技术工程{上海}有限公司 | 铜铟硫半导体纳米粒子及其制备方法 |
| CN102105400A (zh) * | 2008-03-06 | 2011-06-22 | 拜耳技术服务有限公司 | 铜铟硫半导体纳米粒子及其制备方法 |
| CN101870458B (zh) * | 2009-04-22 | 2012-05-09 | 钟润文 | 多元金属硫族元素化合物和靶材及涂层材料的制备方法 |
| CN101885509A (zh) * | 2010-07-23 | 2010-11-17 | 河南大学 | 一种纳米CuInS2的制备方法 |
| CN101885509B (zh) * | 2010-07-23 | 2013-01-09 | 河南大学 | 一种纳米CuInS2的制备方法 |
| CN102041555A (zh) * | 2011-01-14 | 2011-05-04 | 南开大学 | 一种CuInS2纳米晶材料的制备方法 |
| WO2012163976A1 (en) | 2011-06-03 | 2012-12-06 | Bayer Intellectual Property Gmbh | Continuous process for the synthesis of ternary or quaternary semiconducting nanoparticles based on ib, iiia, via elements of the periodic classification |
| CN102583263A (zh) * | 2012-02-14 | 2012-07-18 | 北京理工大学 | 一种水相合成禁带可调的Cu-In-X三元纳米颗粒的方法 |
| CN103601232A (zh) * | 2013-09-18 | 2014-02-26 | 重庆大学 | 一种四硫七铜一钾纳米线的制备方法及电容器 |
| CN103601232B (zh) * | 2013-09-18 | 2015-04-15 | 重庆大学 | 一种四硫七铜一钾纳米线的制备方法及电容器 |
| CN106544004A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-03-29 | 东南大学 | 可调节荧光和室温铁磁性的四元稀磁量子点材料及其制备方法 |
| CN107059131A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-08-18 | 南京信息工程大学 | 一种半导体纳米晶及其制备方法与应用 |
| CN108380169A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-08-10 | 华北电力大学 | 去除放射核素U(VI)用层状金属硫化物NaInS2及制备 |
| CN108380169B (zh) * | 2018-02-11 | 2020-07-14 | 华北电力大学 | 去除放射核素U(VI)用层状金属硫化物NaInS2及制备 |
| CN112520716A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-19 | 国家纳米科学中心 | 一种二维层状CuInP2S6半导体材料及其制备方法 |
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