[發(fā)明專利]一種帶有硫化鋁外殼的硫化銅納米粉末材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410557601.2
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN104261458A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫玉萍;劉先國;郭滿榮;李平
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C01G3/12
• 分類號: C01G3/12;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有硫化鋁(Al₂S₃)外殼的硫化銅(CuS)納米粉末材料及其制備方法。

背景技術(shù)

金屬硫化物是一類非常重要的半導(dǎo)體材料。金屬硫化物納米材料在光催化材料、發(fā)光材料、非線性光學(xué)材料和光敏傳感器材料等方面的廣闊應(yīng)用前景引起人們強(qiáng)烈的研究興趣。硫化物半導(dǎo)體在我們的生產(chǎn)與生活中起到了越來越重要的作用。作為一種有獨(dú)特性質(zhì)的CuS，亦引起人們特別關(guān)注，因?yàn)楫?dāng)溫度超過其臨界溫度時(shí)，CuS會產(chǎn)生磁性和導(dǎo)電性能的轉(zhuǎn)變。在太陽能電池、加氫脫硫催化反應(yīng)，以及光電導(dǎo)材料和鋰-硫電池陰極材料等方面都有著廣泛的應(yīng)用。目前，多種形貌的CuS納米材料被相繼合成出來，如納米晶、納米棒、三角狀納米棱柱、三維花狀等。然后由于CuS納米材料在應(yīng)用中由于體積收縮變化帶來的破裂問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到CuS納米材料的實(shí)際應(yīng)用。為了更好的解決這一問題，研究人員采用了核殼結(jié)構(gòu)這一特殊的微觀結(jié)構(gòu)，給CuS納米材料包裹上一層外殼，以達(dá)到保護(hù)作用。現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用的外殼材料為碳材料，但是碳材料無法為S離子的傳輸提供足夠平滑的通道。因此，開發(fā)一種硫化物外殼的CuS納米材料，已經(jīng)成為現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)。經(jīng)檢索，帶有Al₂S₃外殼的CuS納米粉末材料未見報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種帶有硫化鋁(Al₂S₃)外殼的硫化銅(CuS)納米粉末材料及其制備方法。

本發(fā)明提供了一種帶有硫化鋁(Al₂S₃)外殼的硫化銅(CuS)納米粉末材料，該納米材料為核殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)核為硫化銅(CuS)納米顆粒，外殼為硫化鋁(Al₂S₃)層；所述CuS納米顆粒內(nèi)核的粒徑為10～100nm，所述Al₂S₃外殼層為非晶Al₂S₃層，其厚度為1～10nm。

本發(fā)明還提供了上述帶有硫化鋁(Al₂S₃)外殼的硫化銅(CuS)納米粉末材料的制備方法，該材料是利用等離子體電弧放電技術(shù)，在工作氣體下原位制備得到；其中：

采用石墨電極為陰極，銅鋁粉末塊體為陽極靶材，陰極石墨電極與陽極銅鋁粉末塊體之間保持2～30mm的距離；電弧放電的電壓為10～40V；工作氣體為氬氣和硫化氫氣體。

所述陽極為銅鋁粉末塊體，將銅粉和鋁粉在壓強(qiáng)1Mpa～1Gpa下壓制成塊體作為等離子電弧爐的陽極材料，所述陽極材料中銅所占的原子百分比為95～99％。

所述工作氣體氬氣的分壓為0.01～0.5Mpa,硫化氫氣體的分壓為0.01～0.3MPa。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于

1)本發(fā)明首次制備出了帶有硫化鋁(Al₂S₃)外殼的硫化銅(CuS)納米粉末材料；

2)本發(fā)明制備過程條件簡單，易于控制，為帶有Al₂S₃外殼的CuS納米粉末材料的實(shí)際應(yīng)用提供了條件；

3)本發(fā)明所制備納米粉末材料，由于Al₂S₃外殼的存在能有效控制CuS納米顆粒在充放電過程之中的破裂問題，使帶有Al₂S₃外殼的CuS納米粉末材料成為鋰-硫電池負(fù)極強(qiáng)有力的候選材料。

附圖說明

圖1為制備本發(fā)明帶有硫化鋁(Al₂S₃)外殼的硫化銅(CuS)納米粉末材料的裝置示意圖；

其中：1、上蓋；2、陰極；3、閥；4、靶；5、觀察窗；6、擋板；7、銅陽極；8、夾頭；9、石墨坩堝；10、直流脈動電源；a、冷卻水；b、氬氣；c、硫化氫氣。

圖2為本發(fā)明制備的帶有硫化鋁(Al₂S₃)外殼的硫化銅(CuS)納米粉末材料的X-射線衍射(XRD)圖譜；