CN104016313B - 一种六方硒化铜纳米片的制备方法 - Google Patents

一种六方硒化铜纳米片的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种六方硒化铜纳米片的制备方法，将铜盐、聚乙烯吡咯烷酮与强碱水溶液混合均匀，形成溶液A，在磁力搅拌的条件下将硒粉加入溶液A中并继续搅拌30min，得到溶液B，将溶液B放入水热反应釜进行水热反应，水热温度为100～160℃，反应时间为1~4小时，将产物取出清洗干净得到六方硒化铜纳米片。采用水热反应方法和聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，硒化铜晶核在聚乙烯吡咯烷酮分子的诱导作用下沿某一晶面优先生长，实现六方硒化铜纳米片的可控制备。本发明制备方法具有工艺简单、反应时间短、可操作性强、可大量制备等优点。光生电子在六方硒化铜纳米片的传输路径长有利于降低光生载流子的复合机率。

Description

一种六方硒化铜纳米片的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种纳米材料技术领域的制备方法，具体是一种制备六方硒化铜纳米片的方法。
背景技术
硒化铜（CuSe）是一种著名p型半导体材料，具有优良的光电及催化等性能，在光伏电池、光电探测器以及光催化等领域都具有广阔的应用前景。其经常存在多种物相和结构，如符合化学计量比的α-Cu2Se, Cu3Se2, CuSe, CuSe2以及非化学计量比的Cu2-xSe。因此，如何制备纯物相的硒化铜是将其大量应用与上述领域的前提。近年来，研究人员对Cu2Se纳米材料的可控制备进行了大量研究，基本实现了Cu2Se或Cu2-xSe的可控制备。但是对于纯Cu(Ⅱ)Se纳米材料的制备研究较少。
目前纯Cu(Ⅱ)Se的制备方法包括Cu和Se的高温固相法或机械合金法、溶剂热法、热注射法等。但是，上述方法存在工艺复杂、条件苛刻、成本高等缺点。Zulkarnain Zainal等人发表了“Copper selenide thin films prepared using combination of chemical precipitation and dip coating method. Materials Letters, 2005, 59 (11): 1391-1394”，该论文首先将Se用12 mol/L的氢氧化钠溶液歧化生产Se2-，然后与Cu2+反应制备CuSe纳米颗粒。尽管该方法工艺简单，反应时间短，但是Se2-与Cu2+直接反应制备CuSe的反应过程无法控制，导致所制备CuSe纳米颗粒的粒径分布不均，形貌多种多样。王新军等人发表了“CuSe纳米片、纳米棒簇的水热合成研究”， 河南师范大学学报(自然科学版)，2010，38(2):86-89”，该论文采用预先合成的Na2SeSO3为硒源，乙二酸四乙酸二钠为表面活性剂，CuSO4为铜源通过160℃水热反应12小时制备CuSe纳米片。而采用聚乙烯吡咯烷酮时只能制备出CuSe纳米棒簇。尽管该方法能够制备出CuSe纳米片，但是存在反应过程复杂、反应时间长等缺点。因此，开发一种工艺简单、成本低廉、能耗低且能控制CuSe纳米材料形貌的制备方法具有非常重大的现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对制备CuSe的反应过程无法控制，导致所制备CuSe纳米颗粒的粒径分布不均，形貌多种多样，以及CuSe纳米片反应过程复杂、反应时间长等缺点提供一种工艺简单、成本低廉、能耗低且能控制CuSe纳米材料形貌的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种六方硒化铜纳米片的制备方法，步骤如下：
（1）将铜盐、聚乙烯吡咯烷酮与强碱水溶液混合均匀，形成溶液A，每升强碱水溶液中铜盐的加入量为0.06~0.12 mol，聚乙烯吡咯烷酮加入量以铜盐为基准，每加入1mol铜盐需要聚乙烯吡咯烷酮的量为20～60 g，强碱水溶液浓度为5~15 mol/L；
（2）在磁力搅拌的条件下将硒粉加入溶液A中并继续搅拌30min，得到溶液B，加入硒粉的物质的量为铜盐物质的量的1.5倍；
（3）将溶液B放入水热反应釜进行水热反应，水热温度为100～160℃，反应时间为1~4小时，将产物取出清洗干净得到六方硒化铜纳米片。
所述步骤（1）中的铜盐为氯化亚铜、碘化亚铜或溴化亚铜。
所述步骤（1）中的强碱水溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
本发明的有益效果：采用水热反应方法和聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，优化强碱浓度、水热反应温度和反应时间等参数，硒化铜晶核在聚乙烯吡咯烷酮分子的诱导作用下沿某一晶面优先生长，最终实现六方硒化铜纳米片的可控制备。所获得的六方硒化铜纳米片边长为200～800 nm，厚度为20～30 nm。本发明制备方法具有工艺简单、反应时间从原来的12小时缩短至1～4小时、可操作性强、可大量制备等优点。采用本发明的工艺制备得到的六方硒化铜纳米片与其它形貌的硒化铜纳米材料相比，光生电子在六方硒化铜纳米片的传输路径长有利于降低光生载流子的复合机率，同时采用六方硒化铜纳米片在构筑光伏器件、光电探测器时工艺更加简便。
附图说明
图1为本发明六方硒化铜纳米片制备工艺流程图。
图2为本发明实施例1制备的六方硒化铜纳米片的SEM图。
图3为本发明实施例1制备的六方硒化铜纳米片的吸收光谱。
图4为本发明实施例2制备的六方硒化铜纳米片的SEM图。
图5为本发明实施例3制备的六方硒化铜纳米片的SEM图。
图6为本发明实施例4制备的六方硒化铜纳米片的SEM图。
具体实施方式
以下实例将结合附图对本发明作进一步说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
本实施例涉及一种六方硒化铜纳米片的制备方法，具体步骤如下：
（1）将3mmol氯化亚铜和100 mg聚乙烯吡咯烷酮加入到50 mL氢氧化钠水溶液（5 mol/L），磁力搅拌均匀，记为溶液A；
（2）在连续搅拌条件下将4.5mmol硒粉加入到上述A溶液中并继续搅拌30min，得到溶液B；
（3）将溶液B倒入水热反应釜内并置于烘箱内，在140℃下反应2小时，待反应结束后将产物取出并用去离子水清洗干净，最终得到六方硒化铜纳米片，边长为600 nm，厚度为20 nm。
实验过程如图1所示，所制备产物的SEM图和吸收光谱如图2和图3所示。
实施例2
本实施例涉及一种六方硒化铜纳米片的制备方法，具体步骤如下：
（1）将4mmol碘化亚铜和150 mg聚乙烯吡咯烷酮加入到50 mL氢氧化钠水溶液（12 mol/L），磁力搅拌均匀，记为溶液A；
（2）在连续搅拌条件下将6mmol硒粉加入到上述A溶液中并继续搅拌30min，得到溶液B；
（3）将溶液B倒入水热反应釜内并置于烘箱内，在160℃下反应1小时，待反应结束后将产物取出并用去离子水清洗干净，最终得到六方硒化铜纳米片，边长为610 nm，厚度为20 nm。所制备产物的SEM图如图4所示。
实施例3
本实施例涉及一种六方硒化铜纳米片的制备方法，具体步骤如下：
（1）将5mmol氯化亚铜和100 mg聚乙烯吡咯烷酮加入到50 mL氢氧化钾水溶液（10 mol/L），磁力搅拌均匀，记为溶液A；
（2）在连续搅拌条件下将7.5mmol硒粉加入到上述A溶液中并继续搅拌30min，得到溶液B；
（3）将溶液B倒入水热反应釜内并置于烘箱内，在100℃下反应4小时，待反应结束后将产物取出并用去离子水清洗干净，最终得到六方硒化铜纳米片，边长为500 nm，厚度为20 nm。所制备产物的SEM图如图5所示。
实施例4
本实施例涉及一种六方硒化铜纳米片的制备方法，具体步骤如下：
（1）将6mmol溴化亚铜和360 mg聚乙烯吡咯烷酮加入到50 mL氢氧化钾水溶液（15mol/L），磁力搅拌均匀，记为溶液A；
（2）在连续搅拌条件下将9mmol硒粉加入到上述A溶液中并继续搅拌30min，得到溶液B；
（3）将溶液B倒入水热反应釜内并置于烘箱内，在120℃下反应3小时，待反应结束后将产物取出并用去离子水清洗干净，最终得到六方硒化铜纳米片，边长为650 nm，厚度为20 nm。所制备产物的SEM图如图6所示。

Claims (2)

1.一种六方硒化铜纳米片的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）将铜盐、聚乙烯吡咯烷酮与强碱水溶液混合均匀，形成溶液A，每升强碱水溶液中铜盐的加入量为0.06~0.12 mol，聚乙烯吡咯烷酮加入量以铜盐为基准，每加入1mol铜盐需要聚乙烯吡咯烷酮的量为20～60 g，强碱水溶液浓度为5~15 mol/L；
（2）在磁力搅拌的条件下将硒粉加入溶液A中并继续搅拌30min，得到溶液B，加入硒粉的物质的量为铜盐物质的量的1.5倍；
（3）将溶液B放入水热反应釜进行水热反应，水热温度为100～160℃，反应时间为1~4小时，将产物取出清洗干净得到六方硒化铜纳米片；
所述步骤（1）中的铜盐为氯化亚铜、碘化亚铜或溴化亚铜。
2.根据权利要求1中所述的六方硒化铜纳米片的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的强碱水溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
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