CN108033481B - 定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法 - Google Patents

定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，以强碱、单质铜和单质硫作为原料在温和的反应条件下制得，包括以下步骤：a.将单质硫、强碱和去离子水于反应容器中混合后密封并加热至180‑220℃恒温反应0.8‑1.5小时后制得Na2S和Na2SO3的混合溶液；b.将单质铜放入步骤a中的冷却至室温的混合溶液浸泡一定时间后取出，经洗涤、烘干得硫化铜纳米材料；合成温度低、压强低、产率高、产物形貌规整且稳定性好，在制备过程中没有采用表面活性剂和有机助剂，经清洗后的硫化铜纳米材料表面清洁，能最大程度的发挥其应有的功能。该方法操作简单，制备过程容易控制，适用于工业化生产，生产成本低廉且环保。

Description

定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术领域，特别涉及一种定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法。
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。纳米硫化铜粉体粒径小、比表面积大，由于量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，其半导体纳米晶体在分子实体和微晶粒之间有传导电子的媒介作用，具有其块体材料无法比拟的光电特性，因此硫化铜纳米材料是一种重要的光电导材料，被广泛应用于发光二极管、光催化剂、荧光材料、电化学电池、传感器、激光器和太阳能电池等领域，受到人们广泛的关注，成为研究的热点。目前硫化铜半导体纳米材料的制备方法很多，如化学沉淀法、微波辐射法、气相沉积法、同相法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热合成法、喷雾热解法和超声合成法等。这些方法在一定程度上存在不足，譬如产物尺寸、形貌难以控制；产率不高；高温反应条件苛刻或制备过程比较复杂、成本相对较高等。
因此，需要一种具有高产率、尺寸可控、形貌规整的硫化铜半导体纳米材料制备方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，反应温度相对较低，条件温和，操作简单，所制得的硫化铜纳米材料具有高产率、尺寸可控、形貌规整的特点。
本发明的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，以强碱、单质铜和单质硫作为原料在常温下反应制得；
进一步，包括以下步骤：
a.将单质硫、强碱和去离子水于反应容器中混合后密封并加热至180-220℃恒温反应0.8-1.5小时后制得Na2S和Na2SO3的混合溶液；
b.将单质铜与步骤a中的混合液在常温下混合反应后所得产物经洗涤、烘干得硫化铜纳米材料；
进一步，步骤a中，单质硫、强碱混合后再加入去离子水，单质硫与强碱的质量比为1:2-1:3；
进一步，步骤a中，单质硫与强碱的质量比为2:5，单质硫为硫粉，强碱为氢氧化钠，步骤b中单质铜为铜片或铜粉；
进一步，所述铜片大小为1x1cm2；
进一步，步骤a中，加热至200℃恒温反应1小时；
进一步，步骤b中，混合反应的时间为10--360s；
进一步，步骤b中，烘干温度为30-80℃；
进一步，烘干温度为60℃；
进一步，步骤a中将反应容器至于加热设备加热，步骤b中采用无水乙醇和去离子水洗涤所得的产物。
本发明的有益效果：本发明的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，以强碱、铜单质和硫单质作为原料，在常温下制备硫化铜纳米材料，该工艺的合成温度低、压强低、产率高、产物形貌规整且稳定性好，在制备过程中没有采用表面活性剂和有机助剂，经清洗后的硫化铜纳米材料表面清洁，能最大程度的发挥其应有的功能。该方法操作简单，制备过程容易控制，适用于工业化生产，生产成本低廉且环保。本发明制备的硫化铜纳米材料在发光二极管、光催化剂、荧光材料、电化学电池、传感器、激光器和太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明方法制备的硫化铜的吸收光谱图。
图2是本发明方法制备的硫化铜的扫描电镜图。
图3是本发明方法制备的硫化铜的扫描电镜图。
图4是本发明方法制备的硫化铜的扫描电镜图。
图5是本发明方法制备的硫化铜的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，以强碱、单质铜和单质硫作为原料在常温下反应制得；合成温度低、压强低、产率高、产物形貌规整且稳定性好，在制备过程中没有采用表面活性剂和有机助剂，制备过程容易控制，适用于工业化生产，生产成本低廉且环保。
本实施例中，包括以下步骤：
a.将单质硫、强碱和去离子水于反应容器中混合后密封并加热至180-220℃恒温反应0.8-1.5小时后制得Na2S和Na2SO3的混合溶液，将硫单质和强碱加入反应容器中后再加入适量的去离子水，反应完成后将反应容器放置使其自然冷却至室温，去离子水的添加量以单质硫、强碱能反应充分为基准，根据单质硫、强碱的添加量可计算出去离子水的添加量。反应容器为反应容器为聚四氟乙烯容器，加热设备采用马弗炉或电阻炉或干燥箱或烘箱。将反应容器密封是为了防止水分的蒸发以确保反应更充分，提高产率。
b.将单质铜与步骤a中的混合液在常温下混合反应后所得产物经洗涤、烘干得硫化铜纳米材料；重复洗涤2-4次，直至其表面洁净。单质铜的添加量不受限制，可根据实际需要酌情添加。
本实施例中，步骤a中，单质硫、强碱混合后再加入去离子水，单质硫与强碱的质量比为1:2-1:3。
本实施例中，步骤a中，单质硫与强碱的质量比为2:5，单质硫为硫粉，强碱为氢氧化钠，步骤b中单质铜为铜片或铜粉；生产成本低廉且环保无污染。
本实施例中，所述铜片大小为1x1cm2；利于产物的形成，并保持良好的形貌。
本实施例中，步骤a中，加热至200℃恒温反应1小时；在此情况下，所获得的产物的产率更高、产物形貌更规整且稳定性更好
本实施例中，步骤b中，混合反应的时间为10—360s；也可根据铜单质的添加量，在充分反应的情况下，直至溶液完全褪色，烘干温度为30-80℃；确保产物的产率、产物形貌和稳定性。
本实施例中，烘干温度为60℃；
本实施例中，步骤a中将反应容器至于加热设备加热，步骤b中采用无水乙醇和去离子水洗涤所得的产物；经无水乙醇和去离子水清洗后的硫化铜纳米材料表面清洁，能最大程度的发挥其应有的功能。
实施例一
本实施例的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将2g硫粉、5g氢氧化钠和20ml去离子水于50毫升的聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至200℃恒温反应1小时后制得Na2S和Na2SO3的混合溶液，然后自然冷却至室温；
b.将大小为1x1cm2铜片与步骤a中的混合液在常温下混合反应10-360s,所得产物用无水乙醇和去离子水洗涤2-4次、并在温度为60℃下烘干，既得硫化铜纳米材料。
实施例二
本实施例的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将4g硫粉、10g氢氧化钠和40ml去离子水于50毫升的聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至180℃恒温反应0.8-1.5小时后制得Na2S和Na2SO3的混合溶液，然后自然冷却至室温；
b.将大小为1x1cm2铜片与步骤a中的经2重量倍的去离子水稀释后的混合液在常温下混合反应360s,所得产物用无水乙醇和去离子水洗涤2-4次、并在温度为30℃下烘干，既得硫化铜纳米材料。
实施例三
本实施例的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将6g硫粉、18g氢氧化钠和80ml去离子水于150毫升的聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至220℃恒温反应0.8小时后制得Na2S和Na2SO3的混合溶液，然后自然冷却至室温；
b.将铜粉与步骤a中的经2重量倍的去离子水稀释后的混合液在常温下混合反应20s,所得产物用无水乙醇和去离子水洗涤2-4次、并在温度为80℃下烘干，既得硫化铜纳米材料。
实施例四
本实施例的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将2g硫粉、5g氢氧化钠和20ml去离子水于50毫升的聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至220℃恒温反应0.8小时后制得Na2S和Na2SO3的混合溶液，然后自然冷却至室温；
b.将大小为1x1cm2铜片与步骤a中的经5重量倍的去离子水稀释后的混合液在常温下混合反应100s,所得产物用无水乙醇和去离子水洗涤2-4次、并在温度为60℃下烘干，既得硫化铜纳米材料。
实施例五
本实施例的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将8g硫粉、20g氢氧化钠和120ml去离子水于200毫升的聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至190℃恒温反应1.5小时后制得Na2S和Na2SO3的混合溶液，然后自然冷却至室温；
b.将大小为1x1cm2铜片与步骤a中的经4重量倍的去离子水稀释后的混合液在常温下混合反应200s,所得产物用无水乙醇和去离子水洗涤2-4次、并在温度为60℃下烘干，既得硫化铜纳米材料。
实施例六
本实施例的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将2g硫粉、5g氢氧化钠和20ml去离子水于50毫升的聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至210℃恒温反应1.2小时后制得Na2S和Na2SO3的混合溶液，然后自然冷却至室温；
b.将铜粉与步骤a中的经4重量倍的去离子水稀释后的混合液在常温下混合反应300s,所得产物用无水乙醇和去离子水洗涤2-4次、并在温度为60℃下烘干，既得硫化铜纳米材料。
实施例七
本实施例的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将2g硫粉、4g氢氧化钠和20ml去离子水于50毫升的聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至200℃恒温反应1小时后制得Na2S和Na2SO3的混合溶液，然后自然冷却至室温；
b.将0.4g铜粉与步骤a中的经5重量倍的去离子水稀释后的混合液在常温下混合反应至溶液完全褪色,所得产物用无水乙醇和去离子水洗涤2-4次、并在温度为60℃下烘干，既得硫化铜纳米材料。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，其特征在于：以强碱、单质铜和单质硫作为原料在温和的反应条件下制得；包括以下步骤：
a.将单质硫、强碱和去离子水于反应容器中混合后密封并加热至180-220℃恒温反应0.8-1.5小时后制得Na2S和Na2SO3的混合溶液；
b.将单质铜放入步骤a中的冷却至室温的混合溶液浸泡一定时间后取出，经洗涤、烘干得硫化铜纳米材料。
2.根据权利要求1所述的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤a中，将单质硫、强碱混合后再加入去离子水，单质硫与强碱的质量比为1:2-1:3。
3.根据权利要求2所述的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤a中，单质硫与强碱的质量比为2:5，单质硫为硫粉，强碱为氢氧化钠，步骤b中单质铜为铜片或铜粉。
4.根据权利要求3所述的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，其特征在于：所述铜片大小为1x1cm2。
5.根据权利要求1所述的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤a中，加热至200℃恒温反应1小时。
6.根据权利要求5所述的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤b中，混合反应的时间为10—360s。
7.根据权利要求6所述的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤b中，烘干温度为30-80℃。
8.根据权利要求6所述的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，其特征在于：烘干温度为60℃。
9.根据权利要求1所述的定向多孔硫化铜纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤a中将反应容器至于加热设备加热，步骤b中采用无水乙醇和去离子水洗涤所得的产物。
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