CN109879324B - 一种八面体形貌CuFeO2材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种八面体形貌CuFeO2的制备方法，其步骤为：配制CuSO4和FeSO4的混合溶液，向混合溶液中加入无水柠檬酸或三水合柠檬酸三钠，继续加入PVP，搅拌均匀后，加入矿化剂NaOH，水热反应一定时间后，所得产物离心洗涤、干燥后得到八面体形貌CuFeO2材料。所述方法能耗低，反应时间短，操作简单，通过所述方法制得八面体形貌CuFeO2材料，能够促进CuFeO2高活性晶面的暴露，获得高效的光电化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及能源材料领域，特别是涉及应用于光电化学分解水的八面体形貌CuFeO2材料的制备方法。
背景技术
近年来，由于铜铁矿结构的CuBO2材料（其中B为Al、Cr、Ga、Fe等）具有高空穴迁移率、光化学稳定性等优点，同时具有特殊的光、电、磁等特性，其在光电化学阴极、发光二极管、锂离子电池以及荧光材料等方面具有广泛应用。特别是对于CuFeO2材料，其完全由地壳中的含量丰富的铜、铁、氧组成，带隙约为1.5 eV，拥有适当的吸光能力，合适的能带结构，良好的稳定性，及相对高的电导率，是潜在的高效率光电化学阴极材料。因此，CuFeO2材料的可控制备与性能研究是当前的热点。
目前，合成CuFeO2的现有技术方法有固相反应法和溶胶-凝胶法等，这些反应方法能耗高，反应时间长，操作复杂，且无法控制样品的形貌，而形貌会影响样品的暴露晶面，进而影响材料对反应分子的吸附和活化，最终影响材料的光电化学性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种八面体形貌CuFeO2材料的制备方法，该形貌的CuFeO2材料能够促进CuFeO2高活性晶面的暴露，最终获得高效的光电化学性能。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种八面体形貌CuFeO2材料的制备方法，配制含Cu2+和Fe2+的混合溶液，向混合溶液中加入含柠檬酸根的溶液，继续加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP），搅拌均匀后，加入矿化剂NaOH，水热反应一定时间后，所得产物离心洗涤、干燥后得到八面体形貌CuFeO2材料。
优选的，采用CuSO4·5H2O与FeSO4·7H2O配制含Cu2+离子和Fe2+的混合溶液。
更优选的，CuSO4·5H2O与FeSO4·7H2O的摩尔比为1:1。
优选的，采用无水柠檬酸或三水合柠檬酸三钠配制含柠檬酸根的溶液。
优选的，柠檬酸根与Cu2+的摩尔比为2:1。
更优选的，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）与CuSO4·5H2O的质量比为0.4~2：1。
更优选的，矿化剂NaOH与CuSO4·5H2O的摩尔比为50~80:1。
优选的，水热反应的温度为120 ℃~160 ℃，反应时间为4 ~8 h，保证反应充分。
优选的，干燥温度为50 ℃~80 ℃，时间为4~8 h，保证材料充分干燥。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能耗低，反应时间短，操作简单，制得八面体形貌CuFeO2材料，能够促进CuFeO2高活性晶面的暴露，最终获得高效的光电化学性能。
附图说明
图1是本发明实施例1所制备材料的扫描电子显微镜图。
图2是本发明实施例1所制备材料的粉末X射线衍射谱图。
图3是本发明实施例2所制备材料的扫描电子显微镜图。
图4是本发明实施例2所制备材料的粉末X射线衍射谱图。
图5是本发明实施例3所制备材料的扫描电子显微镜图。
图6是本发明实施例3所制备材料的粉末X射线衍射谱图。
具体实施方式
本发明采用柠檬酸根作为小分子配体，使得制备的CuFeO2具有八面体形貌。柠檬酸根的羧基具有较强的配位能力，可以优先吸附在CuFeO2的特定晶面上，降低这些晶面的表面能，从而保护这些晶面，防止其在水热制备过程中消失。而加入PVP则是为了增大溶液的黏度，降低溶液中离子的扩散速度，限制成核粒子的生长以减小产物粒子的尺寸。所述方法过程简便、原料廉价，所制备的八面体形貌CuFeO2材料可应用于光电化学分解水等领域。
本发明所述的八面体形貌CuFeO2材料的制备方法，按照下列步骤进行：
1）配两组溶液：分别将CuSO4·5H2O和FeSO4·7H2O溶于水中得到溶液，将二溶液混合，CuSO4·5H2O与FeSO4·7H2O的摩尔比为1:1；
2）称取一定量的无水柠檬酸或三水合柠檬酸三钠，配置成溶液，分别加入到之前的溶液中，无水柠檬酸或三水合柠檬酸三钠与CuSO4·5H2O的摩尔比为2:1；
3）继续加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP），搅拌均匀，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）与CuSO4·5H2O的质量比为0.4~2：1；
4）加入矿化剂NaOH，矿化剂NaOH与CuSO4·5H2O的摩尔比为50~80:1；
5）将上述混合物放入反应釜中水热反应一定时间；
6）将产物用乙醇多次离心洗涤，其中水洗三次，乙醇洗三次；
7）将产物放入烘箱中干燥4~8 h。
实施例1
采用水热法合成制备八面体CuFeO2微粒，方法具体步骤如下：
称取1 mmol CuSO4·5H2O和FeSO4·7H2O，配成20 ml 溶液，再称取2 mmol无水柠檬酸，加入到之前的20 ml混合溶液中，继续称取0.1 g PVP加入到混合液中，经超声搅拌后，将形成的母液转移到30 ml的反应釜内；称取50 mmol NaOH，溶于10 ml水中，接着将NaOH溶液加入到反应釜内，在160 ℃的烘箱中反应6 h，将产物多次醇洗后转移到60 ℃的烘箱中干燥6 h，得到产物。
图1是本发明实施例1所制备产物的扫描电子显微镜图，从图中可以看出样品形貌为八面体结构。
图2是本发明实施例1所制备材料的粉末X射线衍射谱图，从图中可以看出所制备的样品为铜铁矿结构的CuFeO2（JCPDS：39-0246，JCPDS：79-1546 ）。
实施例2
采用水热法合成制备八面体CuFeO2微粒，方法具体步骤如下：
称取1 mmolCuSO4·5H2O和FeSO4·7H2O，配成20 ml溶液，再称取2 mmol无水柠檬酸，加入到之前的20 ml混合溶液中，继续称取0.5 g PVP加入到混合液中，经超声搅拌后，将形成的母液转移到30 ml的反应釜内；称取80 mmol NaOH，溶于10 ml的水中，接着将NaOH溶液加入到反应釜内，在160 ℃的烘箱中反应6 h，将产物多次醇洗后转移到60 ℃的烘箱中干燥6 h，得到产物
图3是本发明实施例2所制备产物的扫描电子显微镜图，从图中可以看出样品形貌为八面体结构。
图4是本发明实施例2所制备材料的粉末X射线衍射谱图，从图中可以看出所制备的样品为铜铁矿结构的CuFeO2（JCPDS：39-0246，JCPDS：79-1546 ）。
实施例3
采用热法合成制备八面体CuFeO2微粒，方法具体步骤如下：
称取1 mmolCuSO4·5H2O和FeSO4·7H2O，配成20 ml溶液，再称取2 mmol三水柠檬酸三钠，加入到之前的20 ml混合溶液中，继续称取0.5 g PVP加入到混合液中，经超声搅拌后，将形成的母液转移到30 ml的反应釜内；称取80 mmol NaOH，分别溶于10 ml的水中，接着将NaOH溶液分别加入到反应釜内，在160 ℃的烘箱中反应6 h，将产物多次醇洗后转移到60 ℃的烘箱中干燥6 h，得到产物。
图5是本发明实施例3所制备产物的扫描电子显微镜图，从图中可以看出样品形貌为八面体结构。
图6是本发明实施例3所制备材料的粉末X射线衍射谱图，从图中可以看出所制备的样品为铜铁矿结构的CuFeO2（JCPDS：39-0246，JCPDS：79-1546 ）。
Claims (7)
1.一种八面体形貌CuFeO2材料的制备方法，其特征在于，配制含Cu2+和Fe2+的混合溶液，向混合溶液中加入含柠檬酸根的溶液，继续加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀后，加入矿化剂NaOH，水热反应一定时间后，所得产物离心洗涤、干燥后得到八面体形貌CuFeO2材料；
其中，
柠檬酸根与Cu2+的摩尔比为2:1；
聚乙烯吡咯烷酮与CuSO4·5H2O的质量比为0.4~2：1；
水热反应的温度为120 ℃~160 ℃，反应时间为4 ~8 h。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用CuSO4·5H2O与FeSO4·7H2O配制含Cu2+离子和Fe2+的混合溶液。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，Cu2+和Fe2+的摩尔比为1:1。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用无水柠檬酸或三水合柠檬酸三钠配制含柠檬酸根的溶液。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，矿化剂NaOH与CuSO4·5H2O的摩尔比为50~80:1。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，干燥温度为50 ℃~80 ℃。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，干燥时间为4~8h。
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