[發明專利]制備石墨烯-銅鋅錫硫納米晶復合材料的方法

有效

• 申請號: 201310723967.8
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103771495A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 韓禮元;畢恩兵;陳漢
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C01G19/00
• 分類號: C01G19/00;C01B31/04
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種納米材料技術領域的方法，具體是一種制備石墨烯-銅鋅錫硫納米晶復合材料的方法。?

背景技術

納米復合材料可以集中單獨材料的優良性能，基于這一思路的基礎上，通過合理設計材料的結構與形貌對于納米材料的性能和應用具有重要影響，更重要的是納米材料的均勻分布對于其在能源環境如太陽能電池、光催化、超級電容器等領域有重要意義，因此納米復合材料的控制和合成愈來愈受到重視。?

銅鋅錫硫CZTS）是直接帶隙p型半導體，禁帶寬度為1.5eV左右,吸收系數高達10⁴cm^-1，并且CZTS薄膜制備方法簡單，組成元素在地球上儲量豐富，價格低且無毒性，因此被人們認為具有極大的發展前景。石墨烯是超薄二維納米材料，具有電子流動性強200000cm²V^-1s^-1），機械性能和穩定性能好等優良特性。?

經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號103219066A公開日2013-07-24，公開了一種二維石墨烯與一維納米線復合的柔性導電薄膜及其制備方法。該技術將石墨烯、納米線與分散助劑分散到溶劑中，超聲震蕩，得到分散良好的石墨烯/納米線溶液，經真空抽濾、干燥后，得到石墨烯/納米線復合薄膜。所述復合薄膜厚度為10nm-1000μm，有良好的強度和柔性，方塊電阻在0.001-3000Ω/sq.范圍內，電導率為0.01-5000S/cm。但該技術制備過程較為復雜，且符合薄膜無法達到量子點級別。?

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種制備石墨烯-銅鋅錫硫納米晶復合材料的方法，無需表面活性劑，采用水熱原位生長法，銅鋅錫硫納米晶均勻的生長到石墨烯上。本發明方法簡單，成本低，制備的銅鋅錫硫納米晶尺寸為3～5nm，這為石墨烯基銅鋅錫硫納米晶復合材料在光催化和太陽能電池的應用提供一種有效的方法。?

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明通過將氧化石墨烯水溶液分散于銅鋅錫硫前驅體溶膠中，采用水熱法在160～240℃反應12～24小時制備得到。?

所述的水熱法進一步優選在180℃反應12小時。?

所述的銅鋅錫硫前驅體溶膠通過將含有銅源、鋅源、錫源、硫源溶解在醇、水或其混合溶劑中制成，其中：銅源、鋅源、錫源、硫源的摩爾比為2∶(1～1.5)∶(1～1.5)∶(4～8)。?

進一步地，銅源為硝酸銅、氯化銅、硫酸銅或乙酸銅溶液中的任意一種或其組合；鋅源為硝酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅或乙酸鋅溶液中的任意一種或其組合；錫源為氯化亞錫或硫酸亞錫溶液或其組合；硫源為硫脲溶液。?

所述的銅源、鋅源、錫源、硫源和氧化石墨烯水溶液的體積比為2∶(1～1.5)∶(1～1.5)∶(4～8)：（10-40）。?

進一步地，所述的銅源、鋅源、錫源、硫源采用濃度為0.1mmol/L的水溶液實現。?

所述的氧化石墨烯的質量濃度為6.5g/L。?

本發明涉及上述方法制備得到的石墨烯-銅鋅錫硫納米晶復合材料，該復合材料中的銅鋅錫硫納米晶均勻的生長于石墨烯上，且銅鋅錫硫納米晶尺寸為3～5nm。?

附圖說明

圖1為本發明實施例1中制備的石墨烯-銅鋅錫硫納米晶復合材料的整體透射電子顯微鏡圖。?

圖2為本發明實施例1中制備的石墨烯-銅鋅錫硫納米晶復合材料的石墨烯邊緣部分透射電子顯微鏡圖。?

圖3為本發明實施例1中制備的石墨烯-銅鋅錫硫納米晶復合材料的高倍透射電子顯微鏡圖。?

圖4為圖3放大示意圖。?

圖5為本發明實施例1中制備的石墨烯-銅鋅錫硫納米晶復合材料的X射線光電子能譜圖。?

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。?

實施例1?

本實施例包括以下步驟：?

1）配制濃度為0.1mmol/L的氯化銅、氯化鋅、氯化亞錫和硫脲溶液，各取分別為2、1、1、6mL上述溶液的混合攪拌至完全溶解后，再加入10mL石墨烯水溶液攪拌均勻，得到混合溶液，最后加入水或者乙二醇，使溶液中乙二醇和水混合溶劑的比例為1比1，且總體積不超過80mL；?

2）將上述混合溶液倒入100mL水熱反應釜中，封緊，在馬弗爐中加熱180℃，12h。?