CN107089683B - 一种二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料的制备方法,将氧化铜加入去离子水搅拌形成混合物,而后加入二水钼酸钠、硫脲和CTAB,之后将样品在水热温度为220℃下保温24h,之后采用去离子水和乙醇洗涤产物五次,并将产物置于真空干燥箱以60℃的温度干燥,得到空心微球状的二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料。利用水热法制备的二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜复合材料具有制备工艺简单、材料结晶性好,样品均一度高等特点。形成的纳米复合结构具有半导体异质结特性,能够抑制光生电子‑空穴的复合和促进电子‑空穴的分离的作用,因此在光催化和光伏电池领域有着广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料的制备方法,属于低维复合材料制备领域。
背景技术
二硫化钼纳米材料具有二维层状结构,其层间为范德华力,层内为通过化学键形成三明治结构。同时,二硫化钼为半导体材料,其禁带宽度约1.9eV,可见光吸收较好。由于其特殊的结构和电子性质,因此被广泛应用于光电催化、锂钠离子二次电池、光伏等领域;本征的二硫化钼纳米材料在合成过程中由于形成硫空位等本征缺陷,从而表现出n型半导体的特征。由于缺陷的影响,作为电池的电极材料时,二硫化钼的稳定性较低;另一方面,二硫化钼对可见光具有一定的吸收能力,但是本征缺陷的存在导致光生载流子复合率较高。
硫化铜是一种间接带隙半导体材料,带隙值约为2.0eV。由于其制备方法广泛,易于纳米化等特点,从而被应用于高容量锂离子电池、太阳能电池、光催化和非线性光学材料等领域;氧化亚铜也是一种半导体材料,带隙值约2.2eV,由于其化学稳定性高,在太阳能电池,气敏传感器,光电转换开关等领域都有应用。由于容易铜空位的原因,合成的硫化铜和氧化亚铜材料均表现出p型半导体的特征。因此,对于单一硫化铜和氧化亚铜其光生载流子的复合率都较高,作为光催化和光伏电池材料时,性能受缺陷密度的影响。
当二硫化钼与硫化铜和氧化亚铜形成异质结复合纳米结构时,由于二硫化钼的n型特征与硫化铜和氧化亚铜的p型特征将会形成天然的p-n结,从而形成内建电场,有利于载流子的分离;同时由于二硫化钼、硫化铜和氧化亚铜带隙间的差异,形成异质结复合纳米结构能够导致II型带阶的形成,有利于光生电子-空穴对的分离,因此在光催化和光伏电池领域极具潜力。但是,以往关于二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料制备的研究非常少,探索该类纳米复合材料的制备具有十分重要的意义。
发明内容
为了解决二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料在制备技术上的困难,本发明提供了一种制备二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料的水热合成方法。利用氧化铜为铜源,二水钼酸钠为钼源,硫脲为硫源;水热条件下,硫源分解产生的硫化氢作为还原剂,还原氧化铜,将一价的铜还原为二价的铜,使其形成氧化亚铜和硫化铜的方法去制备异质结纳米复合材料。
本发明采取的技术方案如下:
第一步:在氧化铜中加入去离子水,搅拌,形成混合物A;
第二步:将二水钼酸钠加入混合物A中,继续搅拌,形成混合物B;
第三步:将硫脲加入混合物B中,继续搅拌,形成混合物C;
第四步:将CTAB加入混合物C中,继续搅拌,形成混合物D;
第五步:将混合物D转移至不锈钢高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中,在温度为220℃的情况下保温24小时,并自然冷却至室温,生成产物E;
第六步:使用去离子水和乙醇分别洗涤产物E五次,随后将产物E在60℃下真空干燥12小时,得到干燥的二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料;
其中,硫脲与二水钼酸钠的质量比为4;二水钼酸钠与CTAB的质量比为4.615;二水钼酸钠与氧化铜的质量比为0.857~3.429。
上述氧化铜的制备方法为:
第一步:在一水乙酸铜中加入去离子水,得到溶液F;
第二步:将氢氧化钠溶于去离子水,将其逐滴加入到溶液F,之后再次搅拌获得混合物G;
第三步:将混合物G转移至不锈钢高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中,在100℃保温10小时,并自然冷却至室温,得到产物H;
第四步:使用去离子水洗涤产物H五次,随后将产物H在60℃下真空干燥12小时,得到干燥的氧化铜;
其中氢氧化钠与一水乙酸铜的质量比为4。
本发明的有益效果:
1.以氧化铜为模板,反应过程产生的硫化氢作为软模版,形成空心微球纳米复合结构。
2.使用水热法制备的二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料具有结晶性好,样品均一度高等特点,并且工艺简单,可重复性好。
3.二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜异质结纳米复合结构,可以促进光生电子-空穴对的分离、减少了载流子的复合率,因此该复合材料能够被应用于光催化和光伏电池等领域。
附图说明
图1为实施例1、2、3所合成的样品的XRD图谱。
图2为实施例1所合成的样品的扫描电镜图片。
图3为实施例2所合成的样品的扫描电镜图片。
图4为实施例3所合成的样品的扫描电镜图片。
具体实施方式
本发明的具体实施方式分为两步,第一步为合成氧化铜,第二步为合成二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料。
合成的氧化铜的方法:2g一水乙酸铜通过磁力搅拌溶解于50mL去离子水,8g氢氧化钠溶解于30mL去离子水,将氢氧化钠溶液加入到一水乙酸铜溶液中,剧烈搅拌,随后加入到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜,在温度为100℃的情况下保温10小时,水热反应结束后将其冷却至室温,然后使用去离子水洗涤五次;之后将其放入真空干燥箱在60℃干燥12小时,得到干燥的氧化铜。
合成二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料的方法:将0.175~0.7g氧化铜加入去离子水,磁力搅拌得到混合物,然后加入0.6g二水钼酸钠,继续磁力搅拌,之后加入2.4g硫脲,继续磁力搅拌,然后再加入0.13gCTAB,继续磁力搅拌,之后将混合物转移至不锈钢高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中,在温度为220℃的情况下保温24小时,并自然冷却至室温,生成产物,去离子水和乙醇分别洗涤产物五次,随后将产物在60℃下真空干燥12小时,得到干燥的二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料。
实施例1:
将0.175g氧化铜加入去离子水,磁力搅拌得到混合物,然后加入0.6g二水钼酸钠,继续磁力搅拌,之后加入2.4g硫脲,继续磁力搅拌,然后再加入0.13gCTAB,继续磁力搅拌,之后将混合物转移至不锈钢高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中,在温度为220℃的情况下保温24小时,并自然冷却至室温,生成产物,去离子水和乙醇分别洗涤产物五次,随后将产物在60℃下真空干燥12小时,得到干燥的二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料。图1中的XRD图谱表明合成的复合材料包括二硫化钼、硫化铜、氧化亚铜这三相。图2所示的扫描电镜图片显示其微观形貌为核壳结构。
实施例2:
将0.35g氧化铜加入去离子水,磁力搅拌得到混合物,然后加入0.6g二水钼酸钠,继续磁力搅拌,之后加入2.4g硫脲,继续磁力搅拌,然后再加入0.13gCTAB,继续磁力搅拌,之后将混合物转移至不锈钢高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中,在温度为220℃的情况下保温24小时,并自然冷却至室温,生成产物,去离子水和乙醇分别洗涤产物五次,随后将产物在60℃下真空干燥12小时,得到干燥的二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料。图1中的XRD图谱表明合成的复合材料包括二硫化钼、硫化铜、氧化亚铜这三相。图3所示的扫描电镜图片显示复合材料的微观形貌。
实施例3:
将0.7g氧化铜加入去离子水,磁力搅拌得到混合物,然后加入0.6g二水钼酸钠,继续磁力搅拌,之后加入2.4g硫脲,继续磁力搅拌,然后再加入0.13gCTAB,继续磁力搅拌,之后将混合物转移至不锈钢高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中,在温度为220℃的情况下保温24小时,并自然冷却至室温,生成产物,去离子水和乙醇分别洗涤产物五次,随后将产物在60℃下真空干燥12小时,得到干燥的二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料。图1中的XRD图谱表明合成的复合材料包括二硫化钼、硫化铜、氧化亚铜这三相。图4所示的扫描电镜图片显示复合材料的微观形貌。
Claims (2)
1.一种二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料的制备方法,其特征在于:
第一步:在氧化铜中加入去离子水,搅拌,形成混合物A;
第二步:将二水钼酸钠加入混合物A中,继续搅拌,形成混合物B;
第三步:将硫脲加入混合物B中,继续搅拌,形成混合物C;
第四步:将CTAB加入混合物C中,继续搅拌,形成混合物D;
第五步:将混合物D转移至不锈钢高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中,在温度为220℃的情况下保温24小时,并自然冷却至室温,生成产物E;
第六步:使用去离子水和乙醇分别洗涤产物E五次,随后将产物E在60℃下真空干燥12小时,得到干燥的二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料;
其中,硫脲与二水钼酸钠的质量比为4;二水钼酸钠与CTAB的质量比为4.615;二水钼酸钠与氧化铜的质量比为0.857~3.429。
2.根据权利要求1所述的一种二硫化钼/硫化铜/氧化亚铜纳米复合材料的制备方法,其特征在于氧化铜的制备方法为:
第一步:在一水乙酸铜中加入去离子水,得到溶液F;
第二步:将氢氧化钠溶于去离子水,将其逐滴加入到溶液F,之后再次搅拌获得混合物G;
第三步:将混合物G转移至不锈钢高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中,在100℃保温10小时,并自然冷却至室温,得到产物H;
第四步:使用去离子水洗涤产物H五次,随后将产物H在60℃下真空干燥12小时,得到干燥的氧化铜;
其中氢氧化钠与-水乙酸铜的质量比为4。
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