[發明專利]一種不同形貌自組裝Cu2S納米材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610163670.4
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105819490B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 段軍飛;陳召勇
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: C01G3/12
• 分類號: C01G3/12;B82Y30/00
• 代理公司: 四川力久律師事務所51221
• 代理人: 王蕓,韓洋

技術領域

本發明屬于硫屬化合物半導體納米材料的制備領域，具體涉及一種不同形貌自組裝Cu₂S納米材料的制備方法。

背景技術

硫化亞銅(Cu₂S)是常見間接帶隙的P型半導體中的一種，其禁帶寬度為1.2eV，在自然界中以輝銅礦的形式大量存在。Cu₂S納米晶由于其量子尺寸效應表現出獨特的物理和化學性質，在能源存儲、光電器件、等離子共振等領域有著廣泛的應用前景。發展簡便、可控、普適、環境友好的納米晶合成方法以實現具有特定組成、尺寸、形貌的納米材料制備，并進一步通過可控的組裝成為功能納米晶組裝體以構建納米器件，對于開拓納米材料的廣泛應用具有重要的意義。

國內外的材料研究人員在Cu₂S納米晶的可控制備和組裝上開展了大量的研究并取得了一些重要進展，如東華大學胡俊青課題組在水相中通過嚴格控制反應條件合成了單分散Cu₂S納米晶，隨后通過去除部分配體穩定劑的方法，成功組裝了高長徑比的一維及二維結構。中科院福建物構所陳玲課題組通過熱分解烷基硫醇鹽制備了Cu₂S納米盤及其組裝體。然而，目前研究采用的大都是溶液體系，制備過程較繁瑣，反應時間長，同一體系中不同形貌特別是納米棒、納米線等一維納米材料受控制備的研究報道很少。因此，為了更好地控制產物的結構和微觀形貌，探索一種普適性的、環境友好、更受控的多形貌自組裝Cu₂S納米晶制備方法成為亟需解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中所存在Cu₂S納米材料組裝體形貌不可控的上述不足，提供一種不同形貌自組裝Cu₂S納米材料的制備方法，該制備方法采用常規技術手段組合，具有操作簡單，成本低廉，易于實現的特點，通過工藝步驟之間的協同促進實現了不同形貌自組裝Cu₂S納米材料制備目的，所制備的Cu₂S納米組裝體具有優異的分散性和可控的形貌，在太陽能、鋰離子電池和光催化等領域具有良好的應用前景。

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：

一種不同形貌自組裝Cu₂S納米材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將聯苯硫醇、縛酸劑和有機溶劑混合均勻，在氮氣保護下加入氯化亞銅，于10～30℃反應2～6h；

(2)將步驟(1)制備的反應液過濾，所得濾餅用無水乙醇洗滌，隨后將濾餅真空干燥得到Cu₂S前驅體；

(3)將步驟(2)制備的Cu₂S前驅體在真空氛圍或惰性氣體氛圍下進行煅燒，當處于真空氛圍時，煅燒溫度為200～240℃；當處于惰性氣體氛圍時，煅燒溫度為200～220℃，得到不同形貌自組裝Cu₂S納米材料。

上述制備方法通過控制合成工藝，首先合成出呈高有序層狀結構的Cu₂S前驅體，然后利用前驅體在不同實驗條件下層狀結構解離程度的差異性，從而制備出不同形貌自組裝Cu₂S納米材料。在上述步驟(3)煅燒過程中Cu₂S前驅體高有序層狀結構緩慢解離，C-S鍵斷裂生成Cu₂S。具體過程為：真空氛圍下200～220℃煅燒時，反應速率相對較慢，前驅物層狀結構易于控制，因而形成的Cu₂S納米晶僅能在層內自由擴散生長，生成的納米晶繼承前體層狀的有序性，自組裝成Cu₂S納米線組裝體。當升溫至240℃時，反應速率加快，前驅體層狀介晶相結構變得不易受控，局部層狀結構可能塌縮，因而Cu₂S納米晶在局部層內結構中生長的同時，層間也會有緩慢的擴散，由于受限于長烷基層的阻隔作用，這種生長速度相比層內要慢得多，從而導致了Cu₂S納米片的生成；惰性氣體氛圍下，于200℃煅燒時Cu₂S納米線組裝體的形成機理和真空氛圍下200～220℃煅燒相同，但在升高溫度時，其反應速率相比真空氛圍在相同溫度下會更快，如升至更高溫度220℃時，生成了Cu₂S納米盤組裝體。這說明前驅體層狀介晶相結構相比真空氛圍下240℃煅燒更不受控，此時層狀介晶相結構進一步塌縮，同時層間方向烷基鏈的排列也更為“疏松”，最后形成納米盤組裝體。

優選地，上述步驟(1)中聯苯硫醇用通式(1)表示：