CN108529661A - 一种六角形硫化铜纳米片的制备方法 - Google Patents

一种六角形硫化铜纳米片的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于纳米材料制备领域，具体是一种六角形硫化铜纳米片的制备方法。包括以下步骤：将铜盐和长链烷基胺混合并加热抽真空使之溶解，使得铜离子与胺基络合形成反应液A；将硫粉和长链烷基胺加热溶解形成反应液B；将反应液B加入到反应液A中形成混合溶液；反应结束后，向混合溶液中加入无水乙醇使硫化铜纳米片从溶液中析出，析出物质通过无水乙醇离心洗涤干燥，即可获得具有六角形结构的硫化铜纳米片。采用长链烷基胺作为结构导向剂和溶剂，在反应过程中很好的控制了硫化铜纳米晶体的生长，不仅为六角形硫化铜纳米片的各向异性生长提供了良好的导向作用，而且为六角形硫化铜纳米片的形貌规整性提供了优异的保护介质。

Description

一种六角形硫化铜纳米片的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备领域，具体是一种六角形硫化铜纳米片的制备方法。
背景技术
纳米材料的可控制备及其应用已成为纳米技术领域的重要课题之一。过渡金属硫化合物是一类兼具物理和化学功能的特殊半导体材料。其中硫化铜(CuS)作为低毒性p型半导体材料，具有优异的光学、电学和催化性能，在微波吸收、光电能源转化、生物医学、电池电极、传感器、催化等领域具有广泛的应用价值而受到科研工作者的极大关注。随着纳米技术的发展，由于量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，硫化铜纳米材料具有其块体材料无法比拟的光电特性而成为研究的热点。因此硫化铜纳米材料尺寸、形貌的可控合成具有重要的研究价值。目前制备硫化铜纳米材料的方法很多，如化学沉淀法、水热法、溶剂热法、超声化学法、热解法、化学气相沉积法、微波辐射法和模板法等。通过对反应温度、时间和生长过程的调控，制备出各种形貌和结构的硫化铜纳米材料，如纳米球、纳米线、纳米棒、纳米棒、纳米片和纳米花等。但这些方法都存在一定程度上的不足之处，譬如产品的形貌尺寸难于精确控制、高温反应条件苛刻或是制备工艺复杂、产品纯度低、产率不高、生产成本相对较高等。因此，如何制备高产率、高分散、尺寸可控、形貌规整的硫化铜纳米材料仍然是一个关键问题。
发明内容
本发明为了解决现有硫化铜纳米材料在工艺上存在的诸多问题，提供了一种六角形硫化铜纳米片的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种六角形硫化铜纳米片的制备方法，包括以下步骤：
将铜盐和长链烷基胺混合并加热抽真空使之溶解，使得铜离子与胺基络合形成反应液A；其中铜盐的摩尔浓度为0.10～0.50mol·L-1；
将硫粉和长链烷基胺加热溶解形成反应液B；其中硫粉的摩尔浓度为0.50～5.0mol·L-1；
在80～180℃的反应温度下，将反应液B加入到反应液A中形成混合溶液，保温并反应0.5～24h；其中铜盐和硫粉的摩尔比为1:2～1:4；
反应结束后，向混合溶液中加入无水乙醇使硫化铜纳米片从溶液中析出，析出物质通过无水乙醇离心洗涤干燥，即可获得具有六角形结构的硫化铜纳米片。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述铜盐为氯化亚铜或氯化铜，所述长链烷基胺为十二胺或十八胺。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述六角形结构的硫化铜纳米片的产率在85％以上。
本发明的优良效果是：
⑴采用长链烷基胺作为结构导向剂和溶剂，在反应过程中很好的控制了硫化铜纳米晶体的生长，不仅为六角形硫化铜纳米片的各向异性生长提供了良好的导向作用，而且为六角形硫化铜纳米片的形貌规整性提供了优异的保护介质。
⑵采用湿化学合成法制备六角形硫化铜纳米片，具有原料便宜，操作简单、成本低、效率高等优点，制备出的六角形硫化铜的宽度约为450nm，厚度约20nm，产率高达85％以上，而且该六角形纳米片可均匀分散在多种有机溶剂中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所得的六角形硫化铜纳米片的X射线衍射图谱。(实施例1～4有相同的X射线衍射图)。
图2为本发明实施例1所得的六角形硫化铜纳米片在各种有机溶剂中分散的光学照片。(实施例1～4有相同的光学照片)。由图可以看出：六角形硫化铜纳米片可均匀分散在多种有机溶剂中。
图3为本发明实施例1所得的六角形硫化铜纳米片的扫描电镜照片。由图可以看出：由图可以看出硫化铜纳米片形貌均匀。宽度约为453nm，厚度约为20nm。
图4为本发明实施例2所得的六角形硫化铜纳米片的扫描电镜照片。由图可以看出：由图可以看出硫化铜纳米片形貌均匀。宽度约为446nm，厚度约为19nm。
图5为本发明实施例3所得的六角形硫化铜纳米片的扫描电镜照片。由图可以看出：由图可以看出硫化铜纳米片形貌均匀。宽度约为451nm，厚度约为21nm。
图6为本发明实施例4所得的六角形硫化铜纳米片的扫描电镜照片。由图可以看出：由图可以看出硫化铜纳米片形貌均匀。宽度约为449nm，厚度约为18nm。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
一种六角形硫化铜纳米片的制备方法，包括以下步骤：
将铜盐和长链烷基胺混合并加热抽真空使之溶解，使得铜离子与胺基络合形成反应液A；其中铜盐的摩尔浓度为0.10～0.50mol·L-1；
将硫粉和长链烷基胺加热溶解形成反应液B；其中硫粉的摩尔浓度为0.50～5.0mol·L-1；
在80～180℃的反应温度下，将反应液B加入到反应液A中形成混合溶液，保温并反应0.5～24h；其中铜盐和硫粉的摩尔比为1:2～1:4；
反应结束后，向混合溶液中加入无水乙醇使硫化铜纳米片从溶液中析出，析出物质通过无水乙醇离心洗涤干燥，即可获得具有六角形结构的硫化铜纳米片。
本发明所提供的六角形结构的硫化铜纳米片，其宽度约为450nm，厚度约20nm。其中，所述产率在85％以上。
在本发明提供的一些实施例中，优选的铜盐和长链烷基胺的加热溶解温度为100℃，优选的抽真空的时间为30min以上，优选的保温及抽真空处理的时间为4小时以上。
在本发明所提供的一些实施例中，优选的硫粉和长链烷基胺形成反应液B的加热溶解温度为95℃。
本发明对硫粉没有特别的限定，优选的采用的是99％以上的硫粉。
在本发明中，所述铜盐为氯化亚铜或氯化铜，所述长链烷基胺为十二胺或十八胺。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例1
一种六角形硫化铜纳米片的制备方法，包括以下步骤：
将6mmol氯化亚铜、40ml十二胺加入到反应容器中，加热至100℃，抽真空30分钟，保持4小时。
将18mmol硫粉、20ml十二胺加热至95℃使之溶解，然后将硫粉溶液迅速加入到①制备的铜盐溶液中，95℃下反应9h。反应结束后，向溶液中加入足量的无水乙醇使硫化铜纳米片从溶液中析出，析出物质通过无水乙醇离心洗涤干燥，即可获得具有六角形的硫化铜纳米片，产率为87％。
得到的六角形状的硫化铜纳米片的X射线衍射图如图1所示。由图1可知，所制材料为六方晶型靛铜矿结构的硫化铜。图2为该实施例所得到的六角形硫化铜纳米片在各种溶剂中分散的光学照片。图3是所得到的六角形硫化铜纳米片的扫描电镜照片。由图可见，该六角形硫化铜纳米片的直径约450nm，厚度约20nm。
实施例2
将6mmol氯化亚铜、30ml十八胺加入到反应容器中，加热至100℃，抽真空30分钟，保持4h。
将12mmol硫粉、10ml十八胺加热至95℃使之溶解，然后将硫粉溶液迅速加入到①制备的铜盐溶液中，120℃下反应6h。反应结束后，向溶液中加入足量的无水乙醇使硫化铜纳米片从溶液中析出，析出物质通过无水乙醇离心洗涤干燥，即可获得具有六角形的硫化铜纳米片，产率为86％。
图4是所得到的六角形硫化铜纳米片的扫描电镜照片。由图可见，该六角形硫化铜纳米片类似于实施例1所得的硫化铜纳米片。
实施例3
将30mmol氯化铜、60ml十二胺加入到反应容器中，加热至100℃，抽真空30分钟，保持4h。
将120mmol硫粉、24ml十二胺加热至95℃使之溶解，然后将硫粉溶液迅速加入到①制备的铜盐溶液中，180℃下反应0.5h。反应结束后，向溶液中加入足量的无水乙醇使硫化铜纳米片从溶液中析出，析出物质通过无水乙醇离心洗涤干燥，即可获得具有六角形的硫化铜纳米片，产率为85％。
图5是所得到的六角形硫化铜纳米片的扫描电镜照片。由图可见，该六角形硫化铜纳米片类似于实施例1所得的硫化铜纳米片。
实施例4
将4mmol氯化铜、40ml十八胺加入到反应容器中，加热至100℃，抽真空30分钟，保持4h。
将10mmol硫粉、20ml十八胺加热至95℃使之溶解，然后将硫粉溶液迅速加入到①制备的铜盐溶液中，80℃下反应24h。反应结束后，向溶液中加入足量的无水乙醇使硫化铜纳米片从溶液中析出，析出物质通过无水乙醇离心洗涤干燥，即可获得具有六角形的硫化铜纳米片，产率为86％。
图6是所得到的六角形硫化铜纳米片的扫描电镜照片。由图可见，该六角形硫化铜纳米片类似于实施例1所得的硫化铜纳米片。
实施例5
各实施例制备得到的六角形硫化铜纳米片的性能检测：
将硫化铜粉体(六角形的硫化铜纳米片)与石蜡按照质量比1:1的比例混合，制备成内径和外径分别为3mm和7mm、厚度为3.5mm左右的同轴试验；利用N5232A矢量网络分析仪进行测试，分别测试试样在2-18GHz频段上的电磁参数，各吸波材料的反射损耗性能。测试结果如表1所示。
通过表1可以看出，本发明提供的六角形硫化铜纳米片对2-18GHz电磁波具有优良的电磁波吸收效果。实施例1提供的吸波材料反射损耗最大为-28dB，实施例3提供的吸波材料有效吸收频宽最大为3.04GHz。
表1六角形硫化铜纳米片性能检测结果
项目 厚度(mm) 反射损耗(dB) 频宽(dB)
实施例1 3 -28 2.88
实施例2 3 -15 1.52
实施例3 3 -23 3.04
实施例4 3 -17 2.24
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种六角形硫化铜纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将铜盐和长链烷基胺混合并加热抽真空使之溶解，使得铜离子与胺基络合形成反应液A；其中铜盐的摩尔浓度为0.10~0.50 mol• L-1；
将硫粉和长链烷基胺加热溶解形成反应液B；其中硫粉的摩尔浓度为0.50~5.0 mol• L-1；
在80~180℃的反应温度下，将反应液B加入到反应液A中形成混合溶液，保温并反应0.5~24 h；其中铜盐和硫粉的摩尔比为1:2~1:4；
反应结束后，向混合溶液中加入无水乙醇使硫化铜纳米片从溶液中析出，析出物质通过无水乙醇离心洗涤干燥，即可获得具有六角形结构的硫化铜纳米片。
2.根据权利要求1所述的一种六角形硫化铜纳米片的制备方法，其特征在于，所述铜盐为氯化亚铜或氯化铜，所述长链烷基胺为十二胺或十八胺。
3.根据权利要求2所述的一种六角形硫化铜纳米片的制备方法，其特征在于，所述六角形结构的硫化铜纳米片的产率在85%以上。
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