CN104925849A - 一种花状微球CuS晶体粉末的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种花状微球CuS晶体粉末的合成方法。该方法依次包括以下步骤:（1）配制低共熔溶剂（2）合成花状微球CuS，产物经过离心收集，然后分别用蒸馏水，二硫化碳，无水乙醇洗涤，干燥得到最终产物花状CuS微球晶体粉末。本发明的特点为在未添加任何模板剂和有机溶剂的条件下，在低共熔溶剂中以单质化合反应成功制备出花状CuS微球粉末。此方法可以避免通常的多步复杂工艺、工艺周期长或高真空昂贵设备等，成本低，不需要后期处理，适合工业化大规模生产，具有良好的应用前景。

Description

一种花状微球CuS晶体粉末的合成方法
技术领域
本发明属于无机材料领域，特别涉及一种在低共熔溶剂中制备花状微球CuS晶体粉末的方法。
背景技术
硫化铜是一种重要的过渡金属硫化物, 也是一种化学稳定性好的多功能半导体材料。具有良好的催化活性、可见光吸收、光致发光、三阶非线性极化率和三阶非线性响应速度等性能, 广泛应用于太阳能电池、光电转换开关、光热转换的覆盖层等领域。纳米或微米级的CuS材料由于其特殊的结构如密度小、比表面大等使其被广泛应用在光子晶体、催化、储能、热电偶等，因此具有很好的应用前景。
目前CuS晶体材料的制备方法主要有水热法，溶剂热法，化学沉积法，声化学法和微波辐射法等，但是这些方法一般需要苛刻的反应条件，如较长的反应时间，较高的反应温度，有的需要特殊的设备。因此，寻找反应条件温和，操作简单，适用范围广，成本低的制备硫化铜晶体材料的新方法尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在低共熔溶剂中采用单质法一步合成CuS晶体材料的方法，解决了现有技术中反应条件苛刻的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
(1) 将氯化胆碱与另一种低共熔物质按摩尔比为1:2-3的比例进行计算、称重，混合在一个烧杯中,将烧杯置于50-70℃水浴中，玻璃棒搅拌至形成一种透明的低共熔溶剂，然后冷却至室温；
(2) 将铜粉和硫粉按摩尔比为1:1的比例进行计算、称重，置于一个烧杯中，然后量取30-50ml低共熔溶剂,缓慢加入烧杯中,在恒温磁力搅拌器上搅拌；反应结束后，离心收集沉淀物，然后分别用蒸馏水，二硫化碳，无水乙醇洗涤3次，在60℃～80℃干燥箱中干燥6～18h，得到最终产物蓝黑色CuS晶体粉末。
本发明与现有同类技术相比，其显著的特点体现在：
1.低共熔溶剂是一类新型的、无毒性的、可生物降解的、溶解性好的绿色溶剂且非常容易制得，不需要高温高压等条件。其应用效果良好，现已广泛应用于纳米材料的制备中。
2.原材料简单易得无毒无害，无环境污染等问题。
3.反应为单质化合反应，无有害气体生成，对环境友好。
4.实验过程所需设备简单，反应温度低（常温），反应时间为24h。
5.产物产率高，单质铜与单质硫自组装成花状微球的CuS晶体，且纯度好。
6.制备的硫化铜晶体粉末为直径4.3-4.4μm大小均一的微球。
附图说明
图1为花状微球CuS的X- 射线衍射图谱。
图2为花状微球CuS的能谱图。
图3为花状微球CuS的不同放大倍数的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，实施例是实验室小型制备方法，描述内容的仅为便于理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。
实施例1
配制氯化胆碱与乙二醇摩尔比为1:3的低共熔溶剂50ml，将铜粉和硫粉按摩尔比为1:1的比例进行计算、称重，置于一个烧杯中，然后量取30ml低共熔溶剂,缓慢加入烧杯中,在25℃恒温磁力搅拌器上搅拌20h。反应结束后，离心收集沉淀物，然后分别用蒸馏水，二硫化碳，无水乙醇洗涤3次，80℃干燥12h得到最终产物蓝黑色CuS晶体粉末。
实施例2
配制氯化胆碱与乙二醇摩尔比为1:3的低共熔溶剂50ml，将铜粉和硫粉按摩尔比为1:1的比例进行计算、称重，置于一个烧杯中，然后量取30ml低共熔溶剂,缓慢加入烧杯中,在25℃恒温磁力搅拌器上搅拌24h。反应结束后，离心收集沉淀物，然后分别用蒸馏水，二硫化碳，无水乙醇洗涤3次，80℃干燥12h得到最终产物蓝黑色CuS晶体粉末。
实施例3
配制氯化胆碱与乙二醇摩尔比为1:2的低共熔溶剂50ml，将铜粉和硫粉按摩尔比为1:1的比例进行计算、称重，置于一个烧杯中，然后量取30ml低共熔溶剂,缓慢加入烧杯中,在25℃恒温磁力搅拌器上搅拌20h。反应结束后，离心收集沉淀物，然后分别用蒸馏水，二硫化碳，无水乙醇洗涤3次，80℃干燥12h得到最终产物蓝黑色CuS晶体粉末。
实施例4
配制氯化胆碱与乙二醇摩尔比为1:2的低共熔溶剂50ml，将铜粉和硫粉按摩尔比为1:1的比例进行计算、称重，置于一个烧杯中，然后量取30ml低共熔溶剂,缓慢加入烧杯中,在25℃恒温磁力搅拌器上搅拌24h。反应结束后，离心收集沉淀物，然后分别用蒸馏水，二硫化碳，无水乙醇洗涤3次，60℃干燥18h得到最终产物蓝黑色CuS晶体粉末。
实施例5
配制氯化胆碱与甘油摩尔比为1:2的低共熔溶剂50ml，将铜粉和硫粉按摩尔比为1:1的比例进行计算、称重，置于一个烧杯中，然后量取30ml低共熔溶剂,缓慢加入烧杯中,在25℃恒温磁力搅拌器上搅拌20h。反应结束后，离心收集沉淀物，然后分别用蒸馏水，二硫化碳，无水乙醇洗涤3次，80℃干燥6h得到最终产物蓝黑色CuS晶体粉末。
实施例6
配制氯化胆碱与甘油摩尔比为1:2的低共熔溶剂50ml，将铜粉和硫粉按摩尔比为1:1的比例进行计算、称重，置于一个烧杯中，然后量取30ml低共熔溶剂,缓慢加入烧杯中,在25℃恒温磁力搅拌器上搅拌24h。反应结束后，离心收集沉淀物，然后分别用蒸馏水，二硫化碳，无水乙醇洗涤3次，80℃干燥12h得到最终产物蓝黑色CuS晶体粉末。
图1 为花状微球CuS的X- 射线衍射图谱,由图可知,合成的CuS的所有衍射峰都与标准卡片相对应,晶格参数为a = b = 3.792 Å , c = 16.344 Å (JCPDS Card No. 06-0464)，且XRD图中没有像Cu2S和Cu等其他杂质的特征峰，说明合成的CuS是纯的CuS，无其他杂质。较强衍射峰的2Θ分别位于29.28， 31.79， 32.82， 47.95 ，59.34，及所对应的晶面指数分别是(102)，(103)，(006)，(110)， (116)。另外，从衍射峰的强度可以看出CuS晶体是沿着（110）生长的。由Scherrer公式计算出的粒径是18nm。
图2 为花状微球CuS的能谱图。图中只包含Cu和S两种元素，不含有其他杂质元素。图内表格给出了元素原子的质量分数，从元素原子的质量分数可以计算出Cu与S的摩尔比为1.01:1，这非常接近CuS的化学计量比（Cu：S=1）。
图3为花状微球CuS的扫描电镜照片。从SEM图中可看出CuS晶体都是由粒径在4.0～4.3μm之间的微球组成的，并且每个微球都是由无数纳米片堆叠而成的，由XRD表征可知，纳米片的厚度在15～18nm之间。

Claims (4)

1.一种花状微球CuS晶体粉末的合成方法，其特征在于包括以下步骤：
(1) 将氯化胆碱与另一种低共熔物质按摩尔比为1:2-3的比例进行计算、称重，混合在一个烧杯中,将烧杯置于50-70℃水浴中，玻璃棒搅拌至形成一种透明的低共熔溶剂，然后冷却至室温；
(2) 将铜粉和硫粉按摩尔比为1:1的比例进行计算、称重，置于一个烧杯中，然后量取30-50ml低共熔溶剂,缓慢加入烧杯中,在恒温磁力搅拌器上搅拌；反应结束后，离心收集沉淀物，然后分别用蒸馏水，二硫化碳，无水乙醇洗涤3次，在60℃～80℃干燥箱中干燥6～18h，得到最终产物蓝黑色CuS晶体粉末。
2.根据权利要求1 所述的一种花状微球CuS晶体粉末的合成方法，其特征在于另一种低共熔物质是乙二醇、甘油中的一种。
3.根据权利要求1 所述的一种花状微球CuS晶体粉末的合成方法，其特征在于，在低共熔溶剂中以铜粉作为铜源，硫粉作为硫源，采用单质化合反应合成CuS晶体粉末。
4.根据权利要求1 所述的一种花状微球CuS晶体粉末的合成方法，其特征在于，在低共熔溶剂中单质铜与单质硫化合反应温度为25℃，反应时间为20-24h。
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