CN111732121A - 一种CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针及其制备方法 - Google Patents

一种CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种CuInS2@CuCo‑CeO2复合纳米探针及其制备方法，属于无机纳米材料的制备技术领域。在该发明过程中，首先采用分步合成的方法分别合成了CuInS2量子点和CuCo‑CeO2纳米材料，其中CuInS2量子点的合成需要在氮气保护下通过高温反应制得，并将所合成的CuInS2量子点分散在有机溶剂氯仿中，CuCo‑CeO2纳米材料的合成是以乙二醇为溶剂，硝酸铈和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为反应物配成混合溶液，分别配制氯化铜和氯化钴的水溶液，室温下与硝酸铈的溶液通过搅拌混合，得到的溶液经过高温高压反应得到CuCo‑CeO2纳米材料。该方法制得的CuInS2@CuCo‑CeO2复合纳米探针形貌规整，尺寸均一，在有机溶剂中具有良好的分散性,在生物传感分析领域和光电化学中具有较好的应用前景。

Description

一种CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针及其制备方法，属于无机纳米材料的制备技术领域。
背景技术
量子点(Quantum dots, QDs)，也称半导体纳米晶体，近似为球形，并且具有 2~10nm 范围内的三维尺寸，具有独特的光学特性的半导体纳米材料，有明显的量子效应，在医学、显示照明等领域前景巨大。这种材料它用肉眼可见，就说明它是具有宏观体型的，但是组成材料的粒子的结构又及其的小，使得它具有了很不一样的性质，就是当组成它的粒子的尺寸足够小，小到接近临界值的时候，就会具有明显的量子效应。CuInS2量子点由于其具有独特的性质，这些年来受到研究者的强烈关注，被认为是拥有很大发展前景的材料，而且逐渐进入到人们日常生活之中，例如生物诊断、生物标记、传感器、发光二极管以及医学材料等领域。
在金属氧化物中，二氧化铈由于其优异的物理化学性质，包括其高光学性能，机械强度，氧离子电导率，和高热稳定性，引起了人们的极大关注。二氧化铈呈类似荧石的立方结构，每个四价铈离子被面心立方（fcc）排列的八个二价氧负离子包围，而每个二价氧负离子被四个四价铈离子四面体包围。内部氧空位缺陷可以快速形成并消除二氧化铈晶格，有利于介导晶格膨胀和应变，因此对稳定的晶界结构有显着贡献。因此，二氧化铈已成功应用于各种应用，如能源和磁数据存储，光催化和硝基苯酚传感器，UV阻隔剂，太阳能燃料合成，水氧化，氧气转移，燃料电池，金属闸门，氧化物半导体器件，三效催化剂中的促进剂，用于消除来自车辆的污染的自动排气等等。
通过一定方法将CuInS2量子点和CuCo-CeO2纳米材料复合在一起的纳米探针，具有更好的电催化和光催化特性，可用于多种物质，如miRNA，生物分子等的分析和检测，同时可用于制备太阳能电池，近年来受到越来越多的关注，进一步提高了电分析化学的分析精度和选择性，具有很好的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的是一种CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针及其制备方法，具体是利用分步法分别合成CuInS2量子点和CuCo-CeO2纳米材料，然后通过化学反应将CuInS2量子点掺杂到CuCo-CeO2纳米球的表面，并维持球形二氧化铈的骨架结构，最终得到CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针，本发明所用试剂与设备均价廉易得，材料制备方法简单，反应条件温和，是一种绿色环保的纳米材料制备方法，其特征是包括以下步骤：
（1）CuInS2量子点的合成：室温下，将28.7 mg的溴化铜（CuBr）和58.4 mg的乙酸铟In(OAc)3与5 mL 3-巯基丙基三甲氧基硅烷（MPTS）在圆底烧瓶中混合，然后，将温度升至120℃，并将反应混合物在在氮气条件下连续搅拌15 min以使固体完全溶解，溶液变得澄清，略带黄色，之后，将反应混合物在30 min内加热到目标温度200 ℃，对于该反应，烧瓶中的温度达到180 ℃时，就开始计时，这时溶液开始变色，溶液颜色从黄色逐渐变为橙色，然后变为红色，最后变为棕色，以30、60、90、120、180、240和300分钟的预定时间间隔取出等分试样，360 min后，将烧瓶用冷水淬灭，通过将合成好的CuInS2量子点分散在氯仿中，然后用乙醇沉淀来纯化样品，通过离心收集合成好的CuInS2量子点后，将它们重新分散在氯仿中；
（2）水热法合成CuCo-CeO2纳米材料：将500 mg Ce（NO3）3·6H2O和200 mg PVP溶解在14mL乙二醇中，并在室温下搅拌30 min；然后，将0.5 mL的20 mg/mL的CuCl2·2H2O和0.5 mL的20 mg/mL的CoCl2·6H2O溶液添加至上述溶液，接下来，将混合溶液转移到容量为20 mL的聚四氟乙烯衬里的高压釜中，并在160 ℃下加热8 h，反应完成后，将高压釜自然冷却至室温，收集产物并用双蒸水洗涤和无水酒精分别洗涤三次，最后，将产物在60 ℃下干燥过夜，然后在300 ℃下以1 ℃/min的速度煅烧1 h，得到产物CuCo-CeO2纳米材料；
（3）CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针的制备：首先，配制CuCo-CeO2纳米材料的水溶液，称取500 mg CuCo-CeO2纳米材料溶解于10 mL超纯水中并不断搅拌；在不断搅拌下滴加300μL步骤（1）中制备的CuInS2氯仿溶液，将混合溶液在常温下匀速搅拌直至达到吸附平衡，吸附的时间为8 h；将反应得到的固体分离并用无水乙醇对得到的产物离心洗涤数次后干燥得到粉末，将该粉末置于空气氛围下煅烧2 h，得到的固体为CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针。
本发明的有益效果：
（1） 一种CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针制备方法，材料制备方法操作简单，反应条件温和，是一种绿色环保的复合纳米材料合成方法。
（2） 铜、钴元素的掺杂，极大地改善了二氧化铈的形貌和电催化活性。
（3）CuInS2量子点和CuCo-CeO2纳米材料复合，进一步提高了二氧化铈材料的光学性能和电催化性能。
具体实施方式
一种CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针及其制备方法，其特征是包括以下步骤：
（1）CuInS2量子点的合成：室温下，将28.7 mg的溴化铜（CuBr）和58.4 mg的乙酸铟In(OAc)3与5 mL 3-巯基丙基三甲氧基硅烷（MPTS）在圆底烧瓶中混合，然后，将温度升至120℃，并将反应混合物在在氮气条件下连续搅拌15 min以使固体完全溶解，溶液变得澄清，略带黄色，之后，将反应混合物在30 min内加热到目标温度200 ℃，对于该反应，烧瓶中的温度达到180 ℃时，就开始计时，这时溶液开始变色，溶液颜色从黄色逐渐变为橙色，然后变为红色，最后变为棕色，以30、60、90、120、180、240和300分钟的预定时间间隔取出等分试样，360 min后，将烧瓶用冷水淬灭，通过将合成好的CuInS2量子点分散在氯仿中，然后用乙醇沉淀来纯化样品，通过离心收集合成好的CuInS2量子点后，将它们重新分散在氯仿中；
（2）水热法合成CuCo-CeO2纳米材料：将500 mg Ce（NO3）3·6H2O和200 mg PVP溶解在14mL乙二醇中，并在室温下搅拌30 min；然后，将0.5 mL的20 mg/mL的CuCl2·2H2O和0.5 mL的20 mg/mL的CoCl2·6H2O溶液添加至上述溶液，接下来，将混合溶液转移到容量为20 mL的聚四氟乙烯衬里的高压釜中，并在160 ℃下加热8 h，反应完成后，将高压釜自然冷却至室温，收集产物并用双蒸水洗涤和无水酒精分别洗涤三次，最后，将产物在60 ℃下干燥过夜，然后在300 ℃下以1 ℃/min的速度煅烧1 h，得到产物CuCo-CeO2纳米材料；
（3）CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针的制备：首先，配制CuCo-CeO2纳米材料的水溶液，称取500 mg CuCo-CeO2纳米材料溶解于10 mL超纯水中并不断搅拌；在不断搅拌下滴加300μL步骤（1）中制备的CuInS2氯仿溶液，将混合溶液在常温下匀速搅拌直至达到吸附平衡，吸附的时间为8 h；将反应得到的固体分离并用无水乙醇对得到的产物离心洗涤数次后干燥得到粉末，将该粉末置于空气氛围下煅烧2 h，得到的固体为CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针。

Claims (2)

1.一种CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针及其制备方法，其特征是包括以下步骤：
（1）CuInS2量子点的合成：室温下，将28.7 mg的溴化铜（CuBr）和58.4 mg的乙酸铟In(OAc)3与5 mL 3-巯基丙基三甲氧基硅烷（MPTS）在圆底烧瓶中混合，然后，将温度升至120℃，并将反应混合物在在氮气条件下连续搅拌15 min以使固体完全溶解，溶液变得澄清，略带黄色，之后，将反应混合物在30 min内加热到目标温度200 ℃，对于该反应，烧瓶中的温度达到180 ℃时，就开始计时，这时溶液开始变色，溶液颜色从黄色逐渐变为橙色，然后变为红色，最后变为棕色，以30、60、90、120、180、240和300分钟的预定时间间隔取出等分试样，360 min后，将烧瓶用冷水淬灭，通过将合成好的CuInS2量子点分散在氯仿中，然后用乙醇沉淀来纯化样品，通过离心收集合成好的CuInS2量子点后，将它们重新分散在氯仿中；
（2）水热法合成CuCo-CeO2纳米材料：将500 mg Ce（NO3）3·6H2O和200 mg PVP溶解在14mL乙二醇中，并在室温下搅拌30 min；然后，将0.5 mL的20 mg/mL的CuCl2·2H2O和0.5 mL的20 mg/mL的CoCl2·6H2O溶液添加至上述溶液，接下来，将混合溶液转移到容量为20 mL的聚四氟乙烯衬里的高压釜中，并在160 ℃下加热8 h，反应完成后，将高压釜自然冷却至室温，收集产物并用双蒸水洗涤和无水酒精分别洗涤三次，最后，将产物在60 ℃下干燥过夜，然后在300 ℃下以1 ℃/min的速度煅烧1 h，得到产物CuCo-CeO2纳米材料；
（3）CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针的制备：首先，配制CuCo-CeO2纳米材料的水溶液，称取500 mg CuCo-CeO2纳米材料溶解于10 mL超纯水中并不断搅拌；在不断搅拌下滴加300μL步骤（1）中制备的CuInS2氯仿溶液，将混合溶液在常温下匀速搅拌直至达到吸附平衡，吸附的时间为8 h；将反应得到的固体分离并用无水乙醇对得到的产物离心洗涤数次后干燥得到粉末，将该粉末置于空气氛围下煅烧2 h，得到的固体为CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针。
2.根据权利要求1所述一种CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针及其制备方法，其特征是先通过分步合成CuInS2量子点和CuCo-CeO2纳米材料，然后将制备好的两种材料通过一定的化学反应复合在一起，合成一种新型的CuInS2@CuCo-CeO2复合纳米探针。
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