CN114195181B - 一种微米级硫化铜纳米片的制备方法及硫化铜纳米片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微米级硫化铜纳米片的制备方法及微米级硫化铜纳米片，包括以下步骤：(1)将有机铜盐和硫粉溶解在有机溶剂中，得前驱体反应液；(2)将所述前驱体反应液进行溶剂热反应；然后将所得物料进行离心清洗、干燥，制得微米级硫化铜纳米片。本发明利用通过溶剂热法制备微米级分散的硫化铜纳米片，制备过程中不需表面活性剂和其他助剂，一步制备得到单一分散的微米级硫化铜纳米片。

Description

一种微米级硫化铜纳米片的制备方法及硫化铜纳米片
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种微米级硫化铜纳米片的制备方法及硫化铜纳米片。
背景技术
硫化铜是一种重要的P型半导体材料，由于其优异的光电性质，在催化、生物医药、传感器、电池材料等领域中有着广泛潜在的应用。目前，不同形貌的硫化铜的已经成功地合成，如纳米颗粒、纳米线、纳米管、纳米盘、纳米片和多面体等。由于其超薄的厚度，二维材料引起广泛地关注。
通常制备的二维硫化铜都是尺寸较小的纳米片，单一纳米片通常直径不会超过300纳米。直径较大纳米片合成过程往往会形成聚集体，如片状结构组成的分级结构(如花状和球状等)。因此，这些方法制备的纳米片已经形成聚集体，不再是单一分散的纳米片，这不利于直接利用二维特性进行研究和进一步应用。因此，制备微米级分散的二维硫化铜是非常有意义的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种微米级硫化铜纳米片的制备方法及微米级硫化铜纳米片，本发明利用有机铜盐环烷酸铜为前驱体，通过溶剂热法制备微米级分散的硫化铜纳米片，制备过程中不需表面活性剂和其他助剂，一步制备得到单一分散的微米级硫化铜纳米片。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种微米级硫化铜纳米片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机铜盐和硫粉溶解在有机溶剂中，得前驱体反应液；
(2)将所述前驱体反应液进行溶剂热反应；然后将所得物料进行离心清洗、干燥，制得微米级硫化铜纳米片。
上述制备方法，优选的，所述有机铜盐为环烷酸铜。在溶剂热反应中，有机相中的环烷酸铜与硫单质反应，整体反应慢，易于控制，有利于分散的片状硫化铜形成。
优选的，所述环烷酸铜与硫粉的质量比为1～100:1；所述环烷酸铜与有机溶剂的质量体积比为0.0001～10:1；所述有机溶剂包括二甲苯、环己烷、松节油中的至少一种。
进一步优选的，所述环烷酸铜与硫粉的质量比为10～50:1；所述环烷酸铜与有机溶剂的质量比为0.01～0.1:1。
本发明通过合理设置环烷酸铜的浓度，使制备得到的产物为大尺寸的分散的片状硫化铜。若环烷酸铜的浓度太低，只能形成十几纳米大的硫化铜纳米颗粒。若环烷酸铜的浓度太高，容易形成片状的团聚体。
进一步优选的，所述有机溶剂为二甲苯。可使制备得到的产物形貌均一，重复性更好。
优选的，所述溶剂热反应的温度为50～200℃，反应时间为3～24h；所述干燥的方式为真空干燥，真空干燥的温度为55～65℃。
进一步优选的，所述溶剂热反应的温度为100～180℃，反应时间为8～18h。在此反应温度和反应时间下，所得硫化铜纳米片的结晶性、分散性更好，片状更完整。
进一步优选的，真空干燥的温度为60℃。
优选的，所述制备方法的制备过程中不加入表面活性剂。
作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种微米级硫化铜纳米片，所述微米级硫化铜纳米片由上述制备方法制备得到，所述微米级硫化铜纳米片为分散的纳米片结构，且为单晶结构。
优选的，所述微米级硫化铜纳米片的主要尺寸为0.5～3微米。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明利用有机铜盐环烷酸铜为前驱体，与硫粉通过溶剂热法(环烷酸铜与硫单质反应)制备微米级分散的硫化铜纳米片，制备过程中不需表面活性剂和其他助剂，一步合成微米级硫化铜纳米片。
2、本发明使用工业级环烷酸铜和硫粉直接反应的来制备分散的微米级硫化铜纳米片，原料易得，成本低，同时本发明提供的微米级硫化铜纳米片的制备方法工艺简单，易于规模化生产。
3、本发明制备得到的微米级硫化铜纳米片为单一分散的纳米片结构，非聚集体，微米级硫化铜纳米片的尺寸一般为0.5～3微米，有利于直接利用其二维特性进行研究和进一步应用。
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是实施例1制备得到的微米级硫化铜纳米片的透射电镜图；
图2是实施例1制备得到的微米级硫化铜纳米片的电子衍射图；
图3是实施例1制备得到的微米级硫化铜纳米片的X射线衍射图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，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1：
一种微米级硫化铜纳米片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.81g环烷酸铜和0.0186g硫粉溶于20ml的二甲苯中，得前驱体反应液；
(2)将前驱体反应液装入水热釜中，120℃下密闭反应18小时(溶剂热反应)，将所得物料离心清洗后，于60℃下进行真空干燥，即得目标产品。
如图1所示，经透射电镜分析，该目标产品为分散的纳米片，尺寸达到微米级，其主要为尺寸为0.5～3微米的微米级硫化铜纳米片，有少量的硫化铜纳米片直径小于0.5微米。经电子衍射分析，如图2所示，该目标产物为单晶六方结构的硫化铜。图3为微米级硫化铜纳米片的X射线衍射图(xrd图)。
实施例2：
一种微米级硫化铜纳米片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.81g环烷酸铜和0.0186g硫粉溶于20ml的二甲苯中，得前驱体反应液；
(2)将前驱体反应液装入水热釜中，100℃下密闭反应18小时，将所得物料离心清洗后，于60℃下进行真空干燥，即得目标产品。
实施例3：
一种微米级硫化铜纳米片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.5g环烷酸铜和0.05g硫粉溶于10ml的二甲苯中，得前驱体反应液；
(2)将前驱体反应液装入水热釜中，100℃下密闭反应12小时，将所得物料离心清洗后，于60℃下进行真空干燥，即得目标产品。
实施例4：
一种微米级硫化铜纳米片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.4g环烷酸铜和0.0186g硫粉溶于20ml的二甲苯中，得前驱体反应液；
(2)将前驱体反应液装入水热釜中，150℃下密闭反应18小时，将所得物料离心清洗后，于60℃下进行真空干燥，即得目标产品。
实施例5：
一种微米级硫化铜纳米片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将1.62g环烷酸铜和0.0186g硫粉溶于20ml的二甲苯中，得前驱体反应液；
(2)将前驱体反应液装入水热釜中，120℃下密闭反应18小时，将所得物料离心清洗后，于60℃下进行真空干燥，即得目标产品。
实施例6：
一种微米级硫化铜纳米片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.81g环烷酸铜和0.0186g硫粉溶于20ml的二甲苯中，得前驱体反应液；
(2)将前驱体反应液装入水热釜中，80℃下密闭反应24小时，将所得物料离心清洗后，于60℃下进行真空干燥，即得目标产品。
对比例1：
(1)将0.81g环烷酸铜和0.0186g硫粉溶于20ml的二甲苯中，得前驱体反应液；
(2)将前驱体反应液装入水热釜中，40℃下密闭反应18小时，无明显的固体产物。
对比例2：
(1)将0.81g环烷酸铜和0.0186g硫粉溶于20ml的二甲苯中，得前驱体反应液；
(2)将前驱体反应液装入水热釜中，100℃下密闭反应2小时，无明显的固体产物。

Claims (8)

1.一种微米级硫化铜纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将环烷酸铜和硫粉溶解在有机溶剂中，得前驱体反应液；所述有机溶剂为二甲苯、环己烷、松节油中的至少一种；
（2）将所述前驱体反应液进行溶剂热反应，所述溶剂热反应的温度为100~180℃，反应时间为8~18h；然后将所得物料进行离心清洗、干燥，制得微米级硫化铜纳米片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述环烷酸铜与硫粉的质量比为1~100:1；所述环烷酸铜与有机溶剂的质量体积比为0.0001~10g:1ml。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述环烷酸铜与硫粉的质量比为10~50:1；所述环烷酸铜与有机溶剂的质量体积比为0.01~0.1g:1ml。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为二甲苯。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的方式为真空干燥，真空干燥的温度为55~65℃。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法的制备过程中不加入表面活性剂。
7.一种微米级硫化铜纳米片，其特征在于，所述微米级硫化铜纳米片由如权利要求1~6中任一项所述的制备方法制备得到，所述微米级硫化铜纳米片为分散的纳米片结构，且为单晶结构。
8.根据权利要求7所述的微米级硫化铜纳米片，其特征在于，所述微米级硫化铜纳米片的尺寸为0.5~3微米。
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