CN107200345A - 一种γ‑碘化亚铜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种γ‑碘化亚铜的制备方法，特点是制备方法步骤如下：将碘单质溶于四氟硼酸盐和六氟磷酸盐离子液体中，封闭状态下控制加热温度80‑150℃，碘单质完全溶解，得到碘溶液；然后将打磨干净的铜片放入碘离子的溶液中，继续控制一定温度加热直到溶液的颜色近无色为止，冷却至室温，取出溶液底部沉淀，用去离子水、乙醇多次洗涤，真空干燥得到γ‑碘化亚铜，优点是碘的利用高、成本低，操作工艺简单、环保无污染，且产率和纯度高。

Description

一种γ-碘化亚铜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种γ-碘化亚铜的制备方法，属于化工技术领域。
背景技术
无机材料由于在电学、光学、催化和陶瓷等方面具有极高的应用价值而受到广泛关注。制备不同结构的无机材料并探究其潜在的应用价值，已成为近年来的研究热点。离子液体作为潜在的"绿色"溶剂，具有许多传统溶剂无法比拟的优异性能，在有机合成、催化、液液分离和萃取等领域引起了广泛的研究。而在离子液体领域无机材料的制备是一个较新的发展分支，已利用其合成出多种具有独特结构和性能的无机材料。
碘化亚铜是一种高带隙宽度的p-型半导体材料（Eg≈3.1ev），不溶于水，具有α、β、γ三种晶相。其在低温（低于350℃）以立方系晶体ɣ-CuI存在，碘原子起着电子受体和空穴的作用，当温度为350℃-392℃时，以纤锌矿结构β-CuI存在，是离子型导体，若温度高于392℃则以立方型结构α-CuI存在，是一种混合的导体。
CuI具有很好的光学、电化学和催化性能，有着广泛的应用前景。碘化亚铜作为一种固体电解质，可用作太阳能电池的固体电解质、阳极射线管覆盖物；作为一种很好的催化剂，可代替一些昂贵的金属钯等元素作为有机合成的重要催化剂。另外碘化亚铜也可作为食品和饲料添加剂起补充微量元素碘和铜的作用。
目前碘化亚铜的合成方法主要有沉淀法、溶胶-凝胶法等。沉淀法是将碘盐作为沉淀剂，将其添加到含有金属铜离子的盐溶液中进行化学反应制成。该方法存在的不足，主要是在制备过程中反应分为两步首先碘盐和铜盐反应得到碘化铜，然后利用碘化铜在溶液中不稳定制备碘化亚铜，在第二步过程中会产生大量的游离碘，产物分离困难以致碘的利用率下降，成本提高，而且对游离碘的回收率不是很高，造成碘资源的浪费。利用溶胶-凝胶法制备碘化亚铜是以铜盐和金属醇盐为原料，在这过程中原料金属醇盐成本较高且有机溶剂对人体有一定的危害性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种碘的利用高、成本低，操作工艺简单、环保无污染，且产率和纯度高的γ-碘化亚铜的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种γ-碘化亚铜的制备方法，具体步骤如下：
（1）碘溶液的制备：将碘单质溶于装有离子液体的圆底烧瓶中，将圆底烧瓶密封并将圆底烧瓶内离子液体加热到80-150℃，保持80-150℃一段时间直至碘单质完全溶解，得到碘溶液；
（2）碘化亚铜的制备：将打磨干净的过量铜片放入碘溶液中，继续控制离子液体温度为80-150℃直到溶液的颜色变无色为止，冷却至室温，取出溶液底部沉淀，用去离子水、乙醇多次洗涤，真空干燥得到γ-碘化亚铜。
步骤（1）所述的离子液体为1-丁基3-甲基咪唑四氟硼酸盐或1-丁基3-甲基咪唑六氟磷酸盐。
步骤（1）所述的碘单质与所述的离子液体的混合质量比为1:（2-6）。
步骤（2）所述的铜片与所述的碘单质的摩尔比为（2.2-3）：1。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种γ-碘化亚铜的制备方法，使用了离子液体做为溶剂，离子液体是一种无味、不燃，其蒸汽压极低，热稳定好的绿色溶剂，在80度到150度阶段离子液体对碘的溶解度较大，同时离子液体在制备的过程中可以作为表面活性剂，控制产品的形貌和粒径，使制备的样品形貌固定，粒径分布均匀；以较低价格的碘单质、铜单质分别代替可溶性碘盐、可溶性铜盐作为碘源和铜盐，降低了原料的成本；在反应过程中副产物游离碘被还原为碘离子，反应完全，避免了碘单质的生成，产物易分离，提高了碘化亚铜的产量，同时在制备过程中，系统封闭，没有引入其他的任何杂质，可以说产品纯度是接近100%，产率达95%以上；整个反应过程中不涉及有毒的、高污染的有机化学药品，对环境无污染，反应过程中反应条件易控制，设备简单可实现连续化生产。
附图说明
图1为本发明制备的CuI颗粒的XRD图；
图2为本发明制备的CuI颗粒的SEM图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实例一
一种纳米γ-碘化亚铜的制备方法，步骤如下：
（1）碘溶液的制备：将0.51g碘单质溶于装有2g 1-丁基3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体的圆底烧瓶中，将圆底烧瓶密封并将圆底烧瓶内离子液体加热到100℃，保持100℃一段时间直至碘单质完全溶解，得到碘溶液；
(2) 碘化亚铜的制备：将打磨干净的铜片（约0.38g）放入碘溶液中，继续控制温度100℃加热搅拌直到溶液的颜色变无色为止，冷却至室温，取出溶液底部沉淀，用去离子水、乙醇多次洗涤，真空干燥得到白色的γ-碘化亚铜0.750g，产品的产率98.1%。
由图1可知，本发明所制备的样品所测出的衍射峰和γ-碘化亚铜的标准PDF#06-0246峰完全吻合，没有其他杂峰的出现，由此表明本发明制备出的样品为γ-碘化亚铜，且纯度接近100%。图2为本发明制备出的CuI颗粒的SEM图，如图2所示本发明制备出的CuI颗粒大小在2μ-5μ之间。
实例二
一种γ-碘化亚铜的制备方法，步骤如下：
（1）碘溶液的制备：将0.51g碘单质溶于装有2g 1-丁基3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体的圆底烧瓶中，将圆底烧瓶密封并将圆底烧瓶内离子液体加热到150℃，保持150℃一段时间直至碘单质完全溶解，得到碘溶液；
(2) 碘化亚铜的制备：将打磨干净的铜片（约0.38g）放入碘溶液中，继续控制温度150℃加热搅拌直到溶液的颜色变无色为止，冷却至室温，取出溶液底部沉淀，用去离子水、乙醇多次洗涤，真空干燥得到白色的纳米γ-碘化亚铜0.755g，产品的产率98.7%。
实例三
一种γ-碘化亚铜的制备方法，步骤如下：
（1）碘溶液的制备：将0.51g碘单质溶于装有2g 1-丁基3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体的圆底烧瓶中，将圆底烧瓶密封并将圆底烧瓶内离子液体加热到80℃，保持80℃一段时间直至碘单质完全溶解，得到碘溶液；
(2) 碘化亚铜的制备：将打磨干净的铜片（约0.38g）放入碘溶液中，继续控制温度80℃加热搅拌直到溶液的颜色变无色为止，冷却至室温，取出溶液底部沉淀，用去离子水、乙醇多次洗涤，真空干燥得到白色的γ-碘化亚铜0.745g，产品的产率97.4%。
实例四
一种γ-碘化亚铜的制备方法，步骤如下：
（1）碘溶液的制备：将0.51g碘单质溶于装有2g 1-丁基3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体的圆底烧瓶中，将圆底烧瓶密封并将圆底烧瓶内离子液体加热到120℃，保持120℃一段时间直至碘单质完全溶解，得到碘溶液；
(2) 碘化亚铜的制备：将打磨干净的铜片（约0.38g）放入碘溶液中，继续控制温度120℃加热搅拌直到溶液的颜色变无色为止，冷却至室温，取出溶液底部沉淀，用去离子水、乙醇多次洗涤，真空干燥得到白色的γ-碘化亚铜0.749g，产品的产率98.0%。
除上述实施例外碘单质与离子液体的混合质量比可以为1: 2、1: 3、1: 4、1: 5和1: 6，以及1：（2-6）范围内的任一值。铜片与碘单质的摩尔比为2.2：1、2.5：1、3：1以及（2.2-3）：1范围内的任一值.
本发明实验过程控制温度在80℃-150℃之间，若温度低于80℃则实验反应的速度较慢，不利于实验的推广产业化，若实验温度高于150℃，则实验中溶剂稳定性下降，得到的产物的纯度降低。
上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种γ-碘化亚铜的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）碘溶液的制备：将碘单质溶于装有离子液体的圆底烧瓶中，将圆底烧瓶密封并将圆底烧瓶内离子液体加热到80-150℃，保持80-150℃一段时间直至碘单质完全溶解，得到碘溶液；
（2）碘化亚铜的制备：将打磨干净的过量铜片放入碘溶液中，继续控制离子液体温度为80-150℃直到溶液的颜色变无色为止，冷却至室温，取出溶液底部沉淀，用去离子水、乙醇多次洗涤，真空干燥得到γ-碘化亚铜。
2.根据权利要求1所述的一种γ-碘化亚铜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的离子液体为1-丁基3-甲基咪唑四氟硼酸盐或1-丁基3-甲基咪唑六氟磷酸盐。
3.根据权利要求2所述的一种γ-碘化亚铜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的碘单质与所述的离子液体的混合质量比为1:（2-6）。
4.根据权利要求1所述的一种γ-碘化亚铜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的铜片与所述的碘单质的摩尔比为（2.2-3）：1。
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