CN112960687A - 一种片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法 - Google Patents

一种片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种片状硫化镉‑硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将氯化镉、油胺和十八烯混合；（2）将盛装混合料的容器密封，抽真空，再通入惰性气体，搅拌均匀，得混合液A；（3）将混合液A进行加热，保温，然后冷却，得镉离子与油胺络合形成的离子交换液；（4）将片状硫化亚铜纳米颗粒与三正辛基膦混合，进行超声，得混合液B；（5）将混合液B注入到步骤（3）所得离子交换液中，在惰性气体中进行加热反应，得反应液；（6）将反应液进行冷却；然后加入洗涤液，进行高速离心，过滤，得沉淀；将沉淀进行真空干燥，即得片状硫化镉‑硫化亚铜纳米颗粒。本发明所得纳米异质结构组分明确、形貌规整且尺寸可控、工艺简单且成本低。

Description

一种片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米材料的制备方法，尤其涉及一种片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法。
背景技术
纳米异质结构是指将两个或多个纳米尺度的片段整合成一个实体，由于其结构的复杂性以及在电子、光电子、催化等领域的潜在应用前景，引起了众多研究者的高度关注。
相较于单一的纳米材料，纳米异质结构不仅能够整合每个单元的功能，甚至由于载流子通过纳米界面的重新分配会衍生出新的独特性能，因此在广泛的应用领域中成为了更有吸引力的候选者。
制备纳米异质结构的传统方法主要包括一锅法和晶种生长。但是，一锅法在合成过程中容易形成单独的单相纳米粒子；晶种生长又很难维持母体纳米晶的形貌粒径，导致异质结构纳米颗粒的粒径及形貌难以精准控制。
CN 10759717 A公开了一种采用溶剂热法制备硫化镉-硫化镍异质结构的方法，但该方法所制备的纳米材料为包覆结构，而非组分明确的对称结构，不利于异质结构组分的可控调节。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种纳米异质结构组分明确、形貌规整且尺寸可控、工艺简单且成本低的片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构的制备方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将氯化镉、油胺和十八烯混合，得混合料；
（2）将盛装步骤（1）所得混合料的容器密封，抽真空，再通入惰性气体，对混合料进行搅拌，得混合液A；
（3）将步骤（2）所得混合液A进行加热，保温，然后冷却，得镉离子与油胺络合形成的离子交换液；
（4）将片状硫化亚铜纳米颗粒与三正辛基膦混合，进行超声，得混合液B；
（5）将步骤（4）所得混合液B注入到步骤（3）所得离子交换液中，在惰性气氛保护下进行加热反应，得反应液；
（6）将步骤（5）所得反应液冷却；然后，加入洗涤液，进行高速离心，过滤，得沉淀物；将沉淀物干燥，即得片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构颗粒材料。
进一步，步骤（1）中，所述氯化镉的物质的量为0.3~0.9mmol；所述油胺的物质的量为20~40 mmol；所述十八烯的物质的量为20~40 mmol。所述油胺主要是与氯化镉配位形成离子交换液，十八烯主要起反应溶剂作用。
进一步，步骤（1）中，所述十八烯用正十四烷或二苄醚替换。
进一步，步骤（2）中，所述惰性气体为氩气或氮气。
进一步，步骤（3）中，所述加热的温度为180~230℃，优选190~210℃，更优选200℃；所述保温的时间为20~40分钟。
加热主要是为了去除低沸点杂质溶剂，保温主要是为了充分形成均一的离子交换液。
进一步，步骤（3）中，所述冷却是冷却至100~110℃。
进一步，步骤（4）中，所述超声的时间为10-20分钟。
进一步，步骤（5）中，所述三正辛基膦物质的量为8~20 mmol；所述硫化亚铜物质的量为1~1.5 mmol；所述硫化亚铜的粒径为60~80nm。
进一步，步骤（5）中，所述反应的温度为90~110℃，优选95~105℃，更优选100℃；所述反应的时间为10~30分钟，优选15~25分钟，更优选20分钟。反应温度过低，难以发生离子交换反应，不能获得纳米异质结构，反应温度过高，易发生多位点反应，不能形成对称的异质结构。反应时间过短则易使反应不充分。
进一步，步骤（6）中，所述冷却采用冰水浴冷却。主要目的是为了加快反应体系冷却速度，让反应液中的物料快速终止反应。
进一步，步骤（6）中，所述洗涤液由正己烷与无水乙醇混合而成
进一步，步骤（6）中，所述洗涤液中正己烷与无水乙醇的体积比为1: 2~5。加入洗涤液能使硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构从溶液中析出，然后再进行高速离心，去除上清液，得沉淀物。
进一步，步骤（6）中，所述干燥为真空干燥；所述真空干燥的温度优选40~80℃，更优选50~70℃，进一步优选60℃；所述真空干燥的时间为40~90分钟，优选50~70分钟，更优选60分钟。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：采用高沸点非极性的十八烯等作为反应介质，三正辛基膦作为阳离子萃取剂，在反应过程中可以很好的控制铜离子与镉离子的交换速率，同时维持母体纳米晶硫化亚铜的亚晶格稳定，为硫化镉-硫化亚铜双面异质结构纳米颗粒的组分可控制备提供了优异的调控窗口。
附图说明
图1为本发明实施例所得的硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的X射线衍射谱图。
图2为本发明实施例所得的硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的透射电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，需要指出的是，所描述的仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，这些实施例不得用于解释对本申请权利要求请求保护范围的限制。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前提下所获得的所有其他变更或修饰，都属于本申请权利要求的保护范围。
本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例
本实施例片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构的制备方法，包括以下步骤：
（1）将0.6mmol氯化镉，30mmol油胺和30mmol十八烯混合，加入到100ml圆底烧瓶中，得混合料；
（2）将步骤（1）的圆底烧瓶密封，抽真空6分钟，再通入氩气，对混合料进行磁力搅拌，得混合液A；
（3）将步骤（1）所得混合液A加热至200℃并保温20分钟，然后自然冷却到105℃，得镉离子与油胺络合形成的离子交换液；
（4）将1.2mmol粒径为70nm的片状硫化亚铜纳米颗粒与10mmol三正辛基膦一起加入到10ml样品瓶中，超声震荡15分钟，得混合液B；
（5）将步骤（4）所得混合液B注入到步骤（3）所得离子交换液中，在惰性气氛保护下，105℃反应20分钟，得反应液；
（6）将步骤（5）所得反应液用冰水浴冷却；然后，加入由体积比为1: 3的正己烷与无水乙醇混合而成的洗涤液，使硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构颗粒从溶液中析出，再使用高速离心机在8000 rpm的转速下离心5分钟，去除上清液，在60℃真空干燥1h，即得片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构颗粒材料产品。
结构检测：将本实施例所得片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构颗粒产品分别进行X射线衍射和透射电镜检测。
如图1所示，从图1中能明显观察到有硫化镉和硫化亚铜的相；如图2所示，从图2中能明显观察到明暗不同的两个结构域，分别代表硫化镉和硫化亚铜。

Claims (10)

1.一种片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将氯化镉、油胺和十八烯混合，得混合料；
（2）将盛装步骤（1）所得混合料的容器密封，抽真空，再通入惰性气体，对混合料进行搅拌，得混合液A；
（3）将步骤（2）所得混合液A进行加热，保温，然后冷却，得镉离子与油胺络合形成的离子交换液；
（4）将片状硫化亚铜纳米颗粒与三正辛基膦混合，进行超声，得混合液B；
（5）将步骤（4）所得混合液B注入到步骤（3）所得离子交换液中，在惰性气氛下进行加热反应，得反应液；
（6）将步骤（5）所得反应液冷却；然后，加入洗涤液，进行高速离心，过滤，得沉淀物；将沉淀物干燥，即得片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构颗粒材料。
2.根据权利要求1所述片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述氯化镉的物质的量为0.3~0.9mmol；所述油胺的物质的量为20~40mmol；所述十八烯的物质的量为20~40 mmol。
3.根据权利要求1或2所述片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述十八烯能用正十四烷或二苄醚替换。
4.根据权利要求1~3之一所述片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述加热的温度为180~230℃，优选190~210℃；所述保温的时间为20~40分钟；所述冷却为冷却至100~110℃。
5.根据权利要求1~4之一所述片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述超声的时间为10-20分钟。
6.根据权利要求1~5之一所述片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述三正辛基膦物质的量为8~20 mmol；所述片状硫化亚铜物质的量为1~1.5 mmol；所述片状硫化亚铜的粒径为60~80nm。
7.根据权利要求1~6之一所述片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述反应的温度为90~110℃，优选95~105℃；所述反应的时间为10~30分钟，优选15~25分钟。
8.根据权利要求1~7之一所述片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，所述冷却采用用冰水浴冷却；所述洗涤液由正己烷与无水乙醇混合而成。
9.根据权利要求8所述片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，所述洗涤液中正己烷与无水乙醇的体积比为1: 2~5。
10.根据权利要求1~9之一所述片状硫化镉-硫化亚铜纳米异质结构材料的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，所述干燥采用真空干燥；真空干燥的温度优选为40~80℃，更优选50~70℃；所述真空干燥的时间优选为40~90分钟，更优选50~70分钟。
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