CN106745242A - 一种采用浓碱水热法制备BiOCuS纳米片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用浓碱水热法制备BiOCuS纳米片的方法,首先依次将反应物前驱体含硫化合物、氧化铜或可溶性铜盐、氧化铋或可溶性铋盐、强碱、去离子水加入到反应釜中,在室温下搅拌至反应物溶解,然后将反应釜密封放入到180‑240℃的真空烘箱中反应1‑5天,最后离心、干燥即得BiOCuS纳米片。本发明的方法操作简单,制备容易,元素化学计量比控制精确,所用前驱体材料成本低廉、无毒性,制备的纳米片可作为超导材料。

Description

一种采用浓碱水热法制备BiOCuS纳米片的方法
技术领域
本发明属于材料学领域,涉及一种超导材料,具体来说是一种采用浓碱水热法制备BiOCuS纳米片的方法。
背景技术
自从1986年铜氧化物高温超导体被发现以来,高温超导材料以其良好的应用前景受到科学界的广泛关注。从超导现象的发现至今,人们对超导材料的探索与研究已有百年的历史。超导材料的类型越来越多,从一开始的超导元素以及超导的金属合金逐步发展,至今已发现了铜系氧化物高温超导体、铁基超导体以及各类有机物超导体等等。在随后较短的时间内,研究人员发现了一大批具有不同结构的新型铁基超导材料,到目前为止,共发现有4种结构类型的铁基超导材料。(1)1111型铁基超导材料。(2)122型铁基超导材料。(3)111型铁基超导材料。(4)11型铁硫超导材料。本文的BiOCuS即是类似于111型铁基超导材料,其超导转变温度Tc约为5.8K。高温、高压烧结合成法是目前用来制备高温超导体的主要方法之一。用此方法可以制备出常压下不能合成和难以合成的化合物,也可用来提高超导体的临界温度。此外还有共沉淀法,但是此方法对反应物盐类的选择极为苛刻,反应物盐类必须在其它溶剂中要有足够大的溶解度,以确保沉淀时成分化学配比不偏离。以及熔融合成法,但是目前常用的坩埚都或多或少地对样品有所污染,而这些污染可能致使超导电性降低。
专利“采用 BiOCuS 作为吸收层的薄膜太阳能电池及其制备方法”(CN103606574A)公开了一种固相法制备BiOCuS材料。提供一种采用BiOCuS替代Cu(In,Ga)(S,Se)2作为吸收层材料的薄膜太阳能电池及其制备方法,从而进一步降低太阳能电池的制备成本。但是固相烧结对仪器能耗要求较高,而且原料细度及纯度要求也较高。
到目前为止,在水溶液体系中通过浓碱水热法制备BiOCuS纳米片材料的方法未见报道。因此,探索并研究BiOCuS纳米片的制备方法是具有实际意义的一项工作。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题,本发明提供了一种采用浓碱水热法制备BiOCuS纳米片的方法,所述的这种采用浓碱水热法制备BiOCuS纳米片的方法要解决现有技术中制备BiOCuS纳米片的方法工艺复杂、能耗高、对原料要求高的技术问题。
本发明提供了一种采用浓碱水热法制备BiOCuS纳米片的方法,包括如下步骤:
1)称取反应物前驱体含硫化合物、氧化铜或可溶性铜盐、氧化铋或可溶性铋盐、强碱和去离子水,所述的反应物前驱体含硫化合物、氧化铜或可溶性铜盐、氧化铋或可溶性铋盐、强碱和去离子水的物料比为6-30 mmol:4-16 mmol:2-8 mmol:5-35 g:10-50 mL;所述含硫化合物可选自硫脲、硫粉、硫化钠、硫代乙酸、硫代硫酸钠或硫代乙酰胺中任意一种;所述强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷或氢氧化铯中任意一种;所述的可溶性铜盐选自氯化铜、氯化亚铜、或者乙酸铜中任意一种;
2)依次将反应物前驱体含硫化合物、l氧化铜或可溶性铜盐、氧化铋或可溶性铋盐、强碱、去离子水加入到反应釜中,在室温下搅拌5-30 min至反应物溶解;
3)然后将反应釜密封放入到180-240 ℃的真空烘箱中反应1-5天,最后离心、干燥即得BiOCuS纳米片。
进一步的,所述的可溶性铋盐选自五水硝酸铋、氯化铋、醋酸铋中任意一种。
进一步的,在步骤3)中,离心时,转速为1000-8000转/min。
本发明该反应的机理为:采用浓碱水溶液作为反应体系,通过对反应体系加热、加压,形成一个相对高温、高压的反应环境,进而合成由[Bi2O2]2+和[Cu2S2]2-组成的层状BiOCuS纳米片,其形成的化学方程式为:
4Cu2++7S+4Bi3++26OH 4BiOCuS+3SO3 2—+13H2O
本发明采用水热法制备BiOCuS纳米片,在将金属盐溶解的过程中,反应温度降低了,由固相法的500-800℃降低到水热反应的180-260℃,可以有效的避免能耗要求较高,而且原料细度及纯度要求也较高的技术问题。
本发明和已有技术相比,其技术进步是显著的。本发明的方法操作简单,制备容易,反应温度降低,元素化学计量比控制精确,所用前驱体材料成本低廉、无毒性,制备的纳米片可作为超导材料。
附图说明
图1为实施例1合成的BiOCuS纳米片的扫描电镜图,从图中可以看出其形貌为方形,边长大概为1μm,厚度约为35nm。
图2为实施例1合成的BiOCuS纳米片的晶体结构图,可以看出其是由[Bi2O2]2+层和[Cu2S2]2-层组成的二维层状结构。
图3为实施例1合成的BiOCuS粉末的XRD衍射图谱,可以看出结晶性较好,且不含其它杂相。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细阐述。
实施例1
首先依次将反应物前驱体6 mmol硫粉、4 mmol氯化铜、2 mmol五水硝酸铋、5 g氢氧化钾、10 mL去离子水加入到反应釜中,在室温下搅拌30 min至反应物溶解,然后将反应釜密封放入200 ℃的真空烘箱中反应3天,最后离心、干燥即得BiOCuS纳米片。
实施例2
首先依次将反应物前驱体8 mmol硫化钠、6 mmol氧化铜、4 mmol醋酸铋、10 g氢氧化铯、20 mL去离子水加入到反应釜中,在室温下搅拌15 min至反应物溶解,然后将反应釜密封放入240 ℃的真空烘箱中反应4天,最后离心、干燥即得BiOCuS纳米片。
实施例3
首先依次将反应物前驱体30 mmol硫脲、16 mmol氯化亚铜、8 mmol氧化铋、20 g氢氧化钠、50 mL去离子水加入到反应釜中,在室温下搅拌20 min至反应物溶解,然后将反应釜密封放入200 ℃的真空烘箱中反应5天,最后离心、干燥即得BiOCuS纳米片。
实施例4
首先依次将反应物前驱体18 mmol硫代乙酸、10 mmol乙酸铜、6 mmol氯化铋、35 g氢氧化铷、30 mL去离子水加入到反应釜中,在室温下搅拌5 min至反应物溶解,然后将反应釜密封放入180 ℃的真空烘箱中反应2天,最后离心、干燥即得BiOCuS纳米片。
实施例5
首先依次将反应物前驱体12 mmol硫代硫酸钠、8 mmol氧化铜、5 mmol碳酸铋、15 g氢氧化钠、25 mL去离子水加入到反应釜中,在室温下搅拌25 min至反应物溶解,然后将反应釜密封放入230 ℃的真空烘箱中反应1天,最后离心、干燥即得BiOCuS纳米片。
实施例6
首先依次将反应物前驱体16 mmol硫代乙酰胺、12 mmol乙酸铜、8 mmol五水硝酸铋、23g氢氧化钾、40 mL去离子水加入到反应釜中,在室温下搅拌15 min至反应物溶解,然后将反应釜密封放入230 ℃的真空烘箱中反应3天,最后离心、干燥即得BiOCuS纳米片。

Claims (3)

1.一种采用浓碱水热法制备BiOCuS纳米片的方法,其特征在于包括如下步骤:
1)称取反应物前驱体含硫化合物、氧化铜或可溶性铜盐、氧化铋或可溶性铋盐、强碱和去离子水,所述的反应物前驱体含硫化合物、氧化铜或可溶性铜盐、氧化铋或可溶性铋盐、强碱和去离子水的物料比为6-30 mmol:4-16 mmol:2-8 mmol:5-35 g:10-50 mL;所述含硫化合物可选自硫脲、硫粉、硫化钠、硫代乙酸、硫代硫酸钠或硫代乙酰胺中任意一种;所述强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷或氢氧化铯中任意一种;所述的可溶性铜盐选自氯化铜、氯化亚铜、或者乙酸铜中任意一种;
2)依次将反应物前驱体含硫化合物、l氧化铜或可溶性铜盐、氧化铋或可溶性铋盐、强碱、去离子水加入到反应釜中,在室温下搅拌5-30 min至反应物溶解;
3)然后将反应釜密封放入到180-240 ℃的真空烘箱中反应1-5天,最后离心、干燥即得BiOCuS纳米片。
2.根据权利要求1所述的一种采用浓碱水热法制备BiOCuS纳米片的方法,其特征在于:所述的可溶性铋盐选自五水硝酸铋、氯化铋、醋酸铋中任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种采用浓碱水热法制备BiOCuS纳米片的方法,其特征在于:在步骤3)中,离心时,转速为1000-8000转/min。
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