[發明專利]一種納米硫化銅的合成方法

有效

• 申請號: 201410617810.1
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104386733A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 朱忠良
• 申請（專利權）人: 朱忠良
• 主分類號: C01G3/12
• 分類號: C01G3/12;C07F9/6506;B82Y30/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 范坤坤

技術領域

本發明涉及一種納米硫化銅的合成方法。

背景技術

納米材料又稱為超微顆粒材料，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子。它們處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區域，從通常的關于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統既非典型的微觀系統亦非典型的宏觀系統，是一種典型的介觀系統。它具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。納米硫化銅作為納米功能材料的一種，在光電材料、超導體方面具有廣泛的應用前景。另外，高比表面積的納米硫化銅因具有更為優異的性能，使其合成與性質研究受到極大關注。目前合成硫化銅薄膜、納米管、納米棒、納米粒子的方法有模板法、液相法、聲化學法、室溫固相化學反應法等。低溫溶劑熱法由于合成工藝簡單、操作方便、能耗低、產率高等優點近年來日益受到重視并取得了廣泛發展。

過渡金屬鹵化物(包括硫化物、硒化物、碲化物)多蘊藏于礦石中，它們在色素、半導體、熒光器件方面含有巨大的商業應用價值，一直以來為廣大研究人員所關注。其中硫化銅系列是一類非常有用的礦物，它們的礦物學特性以及技術特性已經被人們大量進行著研究，認為其在太陽能電池、太陽光吸收涂層以及化學傳感器等方面有相當廣闊的應用前景。室溫條件下，硫化銅(CuxS)存在五種相態，x＝1(covellite)，1.75(anilite)，1.8(digenite)，1.95(djurleite)，and?2(chalcosite)。根據礦物相中計量比的不同，銅的硫化物會表現出半導體或是金屬的行為。在高溫下硫化銅還表現出快速離子導電(fast-ion?conduction)現象。隨著納米科技的發展與廣泛應用，硫化銅納米材料的制備也逐步引起了人們廣泛的重視。硫化銅的類似金屬的導電性、化學敏感性和對太陽能吸收的理想特性使它成為一種令人極感興趣的物質。硫化銅不僅是一種優良的半導體材料，而且在顏料、催化劑、苯胺黑的顏色指示劑等方面也有很廣泛的應用。納米尺寸結構賦予它的特殊性質將使硫化銅在更廣泛的領域得到應用。

和其他過渡金屬硫化物納米材料的合成相比較，硫化銅的合成起步要晚一些，對它的研究報道也相應較少。就目前研究狀況來說，硫化銅納米材料的合成方法主要有微乳液法(Haram，S.K.；Mahadeshwar，A.R.；Dixit，S.G.J.Phys.Chem.1996，100，5868)、囊泡法(Igumenova，T.I.；Vasilova，O.V.；Parmon，V.N.J.Photochem.Photobiol.，A1996，94，205)、電化學法(Hwu，S.-J.；Li，H.；Mackay，R.et?al..Chem.Mater.1998，10，6)、熱解法(Larsen，T.H.；Sigman，M.；Ghezelbash，Aet?al..J.Am.Chem.Soc.2003，125，5638)和有機溶劑輔助水熱法(Lu，Q.；Gao，F.；Zhao，D.Nano?Lett.2002，2，725)等。這些方法雖有各自的優勢之處，但是也存在許多的不足與缺陷：微乳液法粒徑調控范圍窄，產率低，而且很難得到沒有團聚的納米顆粒的粉體；電化學法所制得的產物一般都是無定型的，產率也不高；水熱法制備的產物形貌和尺寸的受控因素復雜；對于熱解法，雖然產物的晶型較好，但是反應過程較為復雜；并且由于受到前期相轉移過程的限制，起始反應物質的量不可能太大，從而導致產率低。目前合成硫化銅納米晶體還主要有如下方法：固態反應[I.P.Parkin，Chem.Soc.Rev.1996，15，199]、高溫分解法[P.P.Paul，T.B.Rauchfuss，S.R.Wilson，J.Am.Chem.Soc.1993，115，3316]、還原法[X.Jiang，Y.Xie，J.Lu，W.He，L.Zhu，Y.Qian，J.Mater.Chem.2000，10，2193]、水熱合成法[Q.Lu，F.Gao，D.Zhao，Nanotechnology.2002，13，741]等。這些方法在一定程度上存在不足，譬如產物尺寸、形貌難于控制；高溫反應條件苛刻或是制備過程比較復雜、成本相對較高等。而乳液合成法[M.P.Pileni，Nature?Mater.2003，2，145]由于在控制材料的尺寸和形貌方面的有效性、反應溫度低等優點而備受研究者的青睞。然而在以往的乳液合成中采用的都是傳統表面活性劑，大多存在表面活性劑用量多、產物的尺寸分布寬、形貌不統一等缺陷。目前在納米材料合成方面，關鍵是在保證高產率、低成本的情況下，采用一種反應條件溫和的合成方法合成出形貌可控、尺寸分布窄的納米材料。而且新奇形貌的出現更是研究者的不斷追求。