CN111484067A - 一种实心立方块状硫化铜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实心立方块状硫化铜的制备方法，其以CuCl2·4H2O作为铜源反应物，以生物小分子L‑蛋氨酸作为硫源反应物及结构导向剂。通过两种反应原料之间的独特配比关系、溶剂之间的独特配比关系及反应过程中条件的控制，制备出了粒径分布均匀、具有高稳定性及光学特性的硫化铜粉末。该方法工艺简单，操作简便，反应条件比较温和，安全可靠性高，原料成本较低。本发明制备的这种微米级立方块状实心硫化铜在光吸收材料、超导材料、探测器及传感器等方面具有潜在的应用。
Description
技术领域
本发明涉及功能材料的制备技术领域，具体的说是一种实心方块状硫化铜的制备方法。
背景技术
过渡金属硫化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)是最具代表性的，它是一种p型半导体材料，具有优异的光学、电学和催化特性，在气体探测器、超灵敏的非酶葡萄糖传感器、冷阴极发射体、开关、太阳能电池及超离子材料等方面具有广泛的应用价值。近年来，随着材料尺寸的减小，微纳米材料材料还会表现出独特的性能，比如：量子尺寸效应、小尺寸效应、表面和界面效应、量子隧道效应等。目前，制备硫化铜材料的方法很多，如水热法，微波辐射法，微乳液法，磁控溅射法，化学气相沉积法以及模板法等经常被用于硫化铜的制备。迄今为止，人们已经制备出了不同结构和形貌的硫化铜，比如纳米棒、纳米盘、纳米管、纳米带、纳米花及空心球等。不同的微纳米结构对光学特性的影响不尽相同。鉴于此，我们利用环境友好的生物小分子辅助法制备形貌可控的实心立方块状硫化铜，该结构形貌未见报道，其在紫外-可见光乃至近红外区都具有优异的光学吸收性能。
发明内容
本发明的目的是通过一类对环境友好的且具有强结构导向的生物小分子作为硫源，制备形貌可控的实心立方块状硫化铜。在紫外-可见光乃至近红外区都具有优异的光学吸收性能，有望在可见光和近红外吸收材料中应用。
为获得以上硫化铜材料，本发明是采用以下技术方案实现的：
一种实心立方块状硫化铜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将一定量的氯化铜溶于无水乙醇与蒸馏水构成的混合溶剂中，经磁力搅拌6-12min，充分混合均匀后，制备成氯化铜混合溶液，备用；
步骤二：取一定量的L-蛋氨酸溶于无水乙醇与蒸馏水构成的混合溶剂中，经磁力搅拌6-12min，充分混合均匀后，制备成L-蛋氨酸混合溶液，备用；
步骤三：按照一定的摩尔比，分别取步骤一制备的混合溶液以及步骤二制备的混合溶液，置于聚四氟乙烯内衬的溶剂热反应釜中，密闭之后，将溶剂热反应釜放置干燥箱中于恒定的温度反应若干小时。然后自然冷却到室温，得到反应产物，备用；
步骤四：向步骤三得到的产物中加入无水乙醇溶液，完全混合后进行离心分离，去掉上层溶液，并用蒸馏水和无水乙醇对得到的下层沉淀进行多次洗涤。随后，把洗涤的产物放置于一定温度的真空干燥箱中进行干燥处理若干小时，即得到实心立方块状硫化铜粉末。
在步骤一和步骤二中，所述的混合溶剂中无水乙醇与蒸馏水的体积为1:1-3。
在步骤三中，所述的氯化铜与L-蛋氨酸的摩尔比为1:1-3。
在步骤三中，所述的反应温度为180-210℃，反应时间为21-24小时。
在步骤四中，所述的真空干燥温度为40-70℃，干燥时间为5-8小时。
相比现有的技术方法，本发明的优势在于：
(1)本发明采用简单的水热合成法，利用环境友好且具有强结构导向官能团的生物小分子辅助合成实心立方块状硫化铜；这种生物小分子含有的官能团(-C-S-C-，-NH2，-COOH)不仅可以作为结构导向剂对形貌选择，晶体定向成核及结构调整等有作用，而且还可以作为硫源；该方法降低环境污染程度，实验了绿色合成。
(2)本发明产品进行光学性质测试，发现其具有很宽的吸收峰，从紫外到可见光乃至近红外都有吸收，在宽范围光吸收材料领域具有潜在的应用，如图4所示。
附图说明
图1是本发明实施例一制备的实心立方块状硫化铜的XRD图。
图2是本发明实施例二制备的实心立方块状硫化铜的扫描电镜图(SEM)。
图3是本发明实施例三制备的实心立方块状硫化铜的透射电镜图(TEM)。
图4是本发明实施例四制备的实心立方块状硫化铜的紫外可见光谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施方案来进一步说明制备实心立方块状硫化铜的技术方案。
实施例1
步骤一：将1mmol的氯化铜溶于无水乙醇与蒸馏水构成的混合溶剂(体积比为1:1)中，经磁力搅拌6min，充分混合均匀后，制备成氯化铜混合溶液，备用；
步骤二：取1mmol的L-蛋氨酸溶于无水乙醇与蒸馏水构成的混合溶剂中，经磁力搅拌6min，充分混合均匀后，制备成L-蛋氨酸混合溶液，备用；
步骤三：按照摩尔比1:1，分别取步骤一制备的混合溶液以及步骤二制备的混合溶液，置于聚四氟乙烯内衬的溶剂热反应釜中，密闭之后，将溶剂热反应釜放置干燥箱中于180℃反应21小时。然后自然冷却到室温，得到反应产物，备用；
步骤四：向步骤三得到的产物中加入无水乙醇溶液，完全混合后进行离心分离，去掉上层溶液，并用蒸馏水和无水乙醇对得到的下层沉淀进行多次洗涤。随后，把洗涤的产物放置于40℃的真空干燥箱中进行干燥处理5个小时，即得到实心立方块状硫化铜粉末。
实施例2
步骤一：将1mmol的氯化铜溶于无水乙醇与蒸馏水构成的混合溶剂(体积比为1:2)中，经磁力搅拌8min，充分混合均匀后，制备成氯化铜混合溶液，备用；
步骤二：取2mmol的L-蛋氨酸溶于无水乙醇与蒸馏水构成的混合溶剂中，经磁力搅拌8min，充分混合均匀后，制备成L-蛋氨酸混合溶液，备用；
步骤三：按照摩尔比1:2，分别取步骤一制备的混合溶液以及步骤二制备的混合溶液，置于聚四氟乙烯内衬的溶剂热反应釜中，密闭之后，将溶剂热反应釜放置干燥箱中于190℃反应22小时。然后自然冷却到室温，得到反应产物，备用；
步骤四：向步骤三得到的产物中加入无水乙醇溶液，完全混合后进行离心分离，去掉上层溶液，并用蒸馏水和无水乙醇对得到的下层沉淀进行多次洗涤。随后，把洗涤的产物放置于50℃的真空干燥箱中进行干燥处理6个小时，即得到实心立方块状硫化铜粉末。
实施例3
步骤一：将1mmol的氯化铜溶于无水乙醇与蒸馏水构成的混合溶剂(体积比为1:2.5)中，经磁力搅拌10min，充分混合均匀后，制备成氯化铜混合溶液，备用；
步骤二：取2.5mmol的L-蛋氨酸溶于无水乙醇与蒸馏水构成的混合溶剂中，经磁力搅拌10min，充分混合均匀后，制备成L-蛋氨酸混合溶液，备用；
步骤三：按照摩尔比1:2.5，分别取步骤一制备的混合溶液以及步骤二制备的混合溶液，置于聚四氟乙烯内衬的溶剂热反应釜中，密闭之后，将溶剂热反应釜放置干燥箱中于200℃反应23小时。然后自然冷却到室温，得到反应产物，备用；
步骤四：向步骤三得到的产物中加入无水乙醇溶液，完全混合后进行离心分离，去掉上层溶液，并用蒸馏水和无水乙醇对得到的下层沉淀进行多次洗涤。随后，把洗涤的产物放置于60℃的真空干燥箱中进行干燥处理7个小时，即得到实心立方块状硫化铜粉末。
实施例4
步骤一：将1mmol的氯化铜溶于无水乙醇与蒸馏水构成的混合溶剂(体积比为1:3)中，经磁力搅拌12min，充分混合均匀后，制备成氯化铜混合溶液，备用；
步骤二：取3mmol的L-蛋氨酸溶于无水乙醇与蒸馏水构成的混合溶剂中，经磁力搅拌12min，充分混合均匀后，制备成L-蛋氨酸混合溶液，备用；
步骤三：按照摩尔比1:3，分别取步骤一制备的混合溶液以及步骤二制备的混合溶液，置于聚四氟乙烯内衬的溶剂热反应釜中，密闭之后，将溶剂热反应釜放置干燥箱中于210℃反应24小时。然后自然冷却到室温，得到反应产物，备用；
步骤四：向步骤三得到的产物中加入无水乙醇溶液，完全混合后进行离心分离，去掉上层溶液，并用蒸馏水和无水乙醇对得到的下层沉淀进行多次洗涤。随后，把洗涤的产物放置于70℃的真空干燥箱中进行干燥处理8个小时，即得到实心立方块状硫化铜粉末。
Claims (5)
1.一种实心立方块状硫化铜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将一定量的氯化铜溶于无水乙醇与蒸馏水构成的混合溶剂中，经磁力搅拌6-12min，充分混合均匀后，制备成氯化铜混合溶液，备用；
步骤二：取一定量的L-蛋氨酸溶于无水乙醇与蒸馏水构成的混合溶剂中，经磁力搅拌6-12min，充分混合均匀后，制备成L-蛋氨酸混合溶液，备用；
步骤三：按照一定的摩尔比，分别取步骤一制备的混合溶液以及步骤二制备的混合溶液，置于聚四氟乙烯内衬的溶剂热反应釜中，密闭之后，将溶剂热反应釜放置干燥箱中于恒定的温度反应若干小时。然后自然冷却到室温，得到反应产物，备用；
步骤四：向步骤三得到的产物中加入无水乙醇溶液，完全混合后进行离心分离，去掉上层溶液，并用蒸馏水和无水乙醇对得到的下层沉淀进行多次洗涤。随后，把洗涤的产物放置于一定温度的真空干燥箱中进行干燥处理若干小时，即得到实心立方块状硫化铜粉末。
2.根据权利要求1所述的一种实心立方块状硫化铜的制备方法，其特征在于：在步骤一和步骤二中，所述的混合溶剂中无水乙醇与蒸馏水的体积为1:1-3。
3.根据权利要求1所述的一种实心立方块状硫化铜的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述的氯化铜与L-蛋氨酸的摩尔比为1:1-3。
4.根据权利要求1所述的一种实心立方块状硫化铜的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述的反应温度为180-210℃，反应时间为21-24小时。
5.根据权利要求1所述的一种实心立方块状硫化铜的制备方法，其特征在于：在步骤四中，所述的真空干燥温度为40-70℃，干燥时间为5-8小时。
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