CN103232057A - 一种树枝状硫化铜微晶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种树枝状硫化铜微晶的制备方法，是以硝酸铜、盐酸硫胺素为原料、以去离子水为溶剂，经配制溶液，在反应釜内水热合成，经离心分离、洗涤、抽滤、真空干燥，制得树枝状硫化铜微晶晶体产物，以盐酸硫胺素为硫源，绿色无毒，制备工艺先进合理，数据详实精确，产物纯度高，达98%，产收率高，达90%，不污染环境，是十分理想的制备树枝状硫化铜微晶的方法。

Description

一种树枝状硫化铜微晶的制备方法
 
技术领域
本发明涉及一种树枝状硫化铜微晶的制备方法，属无机半导体微纳米材料的制备及应用的技术领域。
背景技术
硫化铜是一种性能优良的半导体材料，具有很好的导电性能，可在低温下转化为超导体，高温时具有快离子导体的特性；硫化铜也是一种P型半导体材料，带隙能为2.0ev，被广泛应用在太阳能电池、传感器及催化领域。
目前，制备硫化铜的主要方法有乳化液法、γ射线辐射法、溶剂热法及水热合成法，但这些方法涉及到的硫源均为硫脲、硫化钠、硫代硫酸钠等常规硫源，这些常规硫源均会产生有毒的硫化氢气体，均会造成环境污染，而且在制备使用过程中必须进行保护，也阻碍了硫化铜的制备和应用。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的状况，以硝酸铜、盐酸硫胺素为原料，以去离子水为溶剂，采用在密闭的反应釜中进行水热合成，经离心分离洗涤、真空干燥，制得树枝状硫化铜微晶，以减少污染、大幅度提高硫化铜微晶的纯度。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为：硝酸铜、盐酸硫胺素、去离子水、无水乙醇，其组合准备用量如下：以克，毫升为计量单位
硝酸铜：Cu(NO3)2·3H2O                    0.048g±0.001g
盐酸硫胺素：C12H18Cl2N4OS                0.067g±0.001g
去离子水：H2O                            500mL±50mL
无水乙醇：C2H5OH                        300mL±10mL
制备方法如下：
（1）精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：
硝酸铜：固态固体                           99.5%
盐酸硫胺素：固态固体                       98.0%
去离子水：液态液体                         99.9%
无水乙醇：液态液体                         99.5%
（2）配制硫酸铜水溶液
称取硝酸铜0.048g±0.001g，量取去离子水10mL±0.1mL，加入烧杯中，搅拌10min，成0.01mol/L的蓝色透明的硝酸铜水溶液；
（3）配制盐酸硫胺素水溶液
称取盐酸硫胺素0.067g±0.001g，量取去离子水10mL±0.1mL，加入烧杯中，搅拌10min，成0.01mol/L的盐酸硫胺素水溶液；
（4）溶液混合、超声分散
将硝酸铜水溶液10.1mL±0.1mL，盐酸硫胺素水溶液10.1mL± 0.1mL，加入聚四氟乙烯容器中，进行混合，成混合溶液；
将聚四氟乙烯容器及其内的混合溶液，置于超声波分散仪内，进行超声分散、超声频率59KHz、分散时间10min；
（5）水热合成
硫化铜微晶的水热合成是在反应釜内进行的，是在加热、反应过程中完成的；
①将盛有混合溶液的聚四氟乙烯容器置于反应釜中，并密闭，然后放入加热炉中；
②开启加热炉，加热温度180℃±2℃，加热时间24h，并进行水热合成反应，反应式如下：
Figure 2013101490997100002DEST_PATH_IMAGE001
式中：C12H18Cl2N6O7：硝酸脱硫硫胺素，CuS：硫化铜
③水热合成反应后，关闭加热炉，使反应釜随加热炉自然冷却至25℃；
（6）离心分离
将水热合成、冷却后的反应溶液置于离心管内，然后置于离心分离机内，进行离心分离，离心分离转数3000r/min，离心分离时间10min；分离后留存固体物质，弃掉废液；
（7）去离子水洗涤、抽滤
①将固体物质置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤10min，成洗涤液；
②将洗涤液置于抽滤瓶上的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，留存产物滤饼，弃掉洗涤液；
③洗涤、抽滤重复进行3次；
（8）无水乙醇洗涤、抽滤
①将滤饼置于烧杯中，加入无水乙醇100mL，搅拌洗涤10min，成洗涤液；
②将洗涤液置于抽滤瓶上的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，留存产物滤饼，弃掉洗涤液；
③洗涤、抽滤重复进行3次；
（9）真空干燥
将产物滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度50℃±2℃，真空度10Pa，干燥时间24h，干燥后得终产物，即树枝状硫化铜微晶；
（10）检测、分析、表征
对制备的树枝状硫化铜微晶的形貌、成分、色泽、化学物理性能进行检测、分析、表征；
用透射电子显微镜进行形貌分析； 
用X射线衍射仪进行结构分析；
用紫外-可见光谱仪进行光学性能分析：
结论：硫化铜微晶为树枝状晶体，化学物理性能稳定，产物纯度高，达98%；
（11）产物储存
制备的树枝状硫化铜微晶体储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光储存，要防水、防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃±2℃，相对湿度≤10%。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是以硝酸铜、盐酸硫胺素为原料，以去离子水为溶剂，经配制溶液，在反应釜内水热合成、离心分离、洗涤、抽滤、真空干燥，制得树枝状硫化铜微晶晶体，以盐酸硫胺素为硫源，绿色无毒，制备工艺先进合理，数据详实精确，产物纯度好，达98%，产收率高，达90%，不污染环境，是十分理想的制备树枝状硫化铜微晶的方法。
附图说明
图1为硫化铜微晶水热合成状态图
图2为硫化铜微晶产物形貌图
图3为硫化铜微晶衍射图谱
图4为硫化铜微晶紫外光敏特性曲线图
图中所示，附图标记清单如下：
1.加热炉，2.反应釜，3.聚四氟乙烯容器，4.混合反应溶液，5.炉盖，6.电控台，7.液晶显示屏，8.指示灯，9.电源开关，10.温度调控器，11.时间调控器，12.工作台，13.釜盖。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明：
图1所示，为硫化铜微晶水热合成状态图，各部位置要正确，按量配比，按序操作。
制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升为计量单位。
硫化铜微晶的水热合成是在反应釜内进行的，是在加热、反应过程中完成的；
加热炉1为矩形，加热炉1上部为炉盖5、下部为电控台6；在加热炉1内底部为工作台12，在工作台12上置放反应釜2，在反应釜2内置放聚四氟乙烯容器3，聚四氟乙烯容器3内为混合反应溶液4，反应釜2上部由釜盖13密封；在电控台6上设有液晶显示屏7、指示灯8、电源开关9、温度调控器10、时间调控器11。
图2所示，为硫化铜微晶产物形貌图，图中可见，硫化铜微晶为树枝状晶体。
图3所示，为硫化铜微晶衍射图谱，图中可知：纵坐标为衍射强度，横坐标为衍射角2θ，所得产物的图谱与标准图谱的峰值相吻合，判断产物为硫化铜晶体。
图4所示，为硫化铜微晶紫外光敏特性曲线图，图中可知：硫化铜微晶在紫外375~575nm波段有吸收，在紫外区敏感，可做潜在的紫外光敏材料。

Claims (2)

1.一种树枝状硫化铜微晶的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：硝酸铜、盐酸硫胺素、去离子水、无水乙醇，其组合准备用量如下：以克，毫升为计量单位
硝酸铜：Cu(NO3)2·3H2O                    0.048g±0.001g
盐酸硫胺素：C12H18Cl2N4OS                 0.067g±0.001g
去离子水：H2O                            500mL±50mL
无水乙醇：C2H5OH                        300mL±10mL
制备方法如下：
（1）精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：
硝酸铜：固态固体                           99.5%
盐酸硫胺素：固态固体                       98.0%
去离子水：液态液体                         99.9%
无水乙醇：液态液体                         99.5%
（2）配制硫酸铜水溶液
称取硝酸铜0.048g±0.001g，量取去离子水10mL±0.1mL，加入烧杯中，搅拌10min，成0.01mol/L的蓝色透明的硝酸铜水溶液；
（3）配制盐酸硫胺素水溶液
称取盐酸硫胺素0.067g±0.001g，量取去离子水10mL±0.1mL，加入烧杯中，搅拌10min，成0.01mol/L的盐酸硫胺素水溶液；
（4）溶液混合、超声分散
将硝酸铜水溶液10.1mL±0.1mL，盐酸硫胺素水溶液10.1mL± 0.1mL，加入聚四氟乙烯容器中，进行混合，成混合溶液；
将聚四氟乙烯容器及其内的混合溶液，置于超声波分散仪内，进行超声分散、超声频率59KHz、分散时间10min；
（5）水热合成
硫化铜微晶的水热合成是在反应釜内进行的，是在加热、反应过程中完成的；
①将盛有混合溶液的聚四氟乙烯容器置于反应釜中，并密闭，然后放入加热炉中；
②开启加热炉，加热温度180℃±2℃，加热时间24h，并进行水热合成反应，反应式如下：
Figure 2013101490997100001DEST_PATH_IMAGE001
式中：C12H18Cl2N6O7：硝酸脱硫硫胺素，CuS：硫化铜
③水热合成反应后，关闭加热炉，使反应釜随加热炉自然冷却至25℃；
（6）离心分离
将水热合成、冷却后的反应溶液置于离心管内，然后置于离心分离机内，进行离心分离，离心分离转数3000r/min，离心分离时间10min；分离后留存固体物质，弃掉废液；
（7）去离子水洗涤、抽滤
①将固体物质置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤10min，成洗涤液；
②将洗涤液置于抽滤瓶上的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，留存产物滤饼，弃掉洗涤液；
③洗涤、抽滤重复进行3次；
（8）无水乙醇洗涤、抽滤
①将滤饼置于烧杯中，加入无水乙醇100mL，搅拌洗涤10min，成洗涤液；
②将洗涤液置于抽滤瓶上的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，留存产物滤饼，弃掉洗涤液；
③洗涤、抽滤重复进行3次；
（9）真空干燥
将产物滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度50℃±2℃，真空度10Pa，干燥时间24h，干燥后得终产物，即树枝状硫化铜微晶；
（10）检测、分析、表征
对制备的树枝状硫化铜微晶的形貌、成分、色泽、化学物理性能进行检测、分析、表征；
用透射电子显微镜进行形貌分析； 
用X射线衍射仪进行结构分析；
用紫外-可见光谱仪进行光学性能分析：
结论：硫化铜微晶为树枝状晶体，化学物理性能稳定，产物纯度高，达98%；
（11）产物储存
制备的树枝状硫化铜微晶体储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光储存，要防水、防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃±2℃，相对湿度≤10%。
2.根据权利要求1所述的一种树枝状硫化铜微晶的制备方法，其特征在于：硫化铜微晶的水热合成是在反应釜内进行的，是在加热反应过程中完成的；
加热炉（1）为矩形，加热炉（1）上部为炉盖（5）、下部为电控台（6）；在加热炉（1）内底部为工作台（12），在工作台（12）上置放反应釜（2），在反应釜（2）内置放聚四氟乙烯容器（3），聚四氟乙烯容器（3）内为混合反应溶液（4），反应釜（2）上部由釜盖（13）密封；在电控台（6）上设有液晶显示屏（7）、指示灯（8）、电源开关（9）、温度调控器（10）、时间调控器（11）。
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