[發(fā)明專利]一種研磨法制備硫化銅納米片的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810072442.5
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108217713B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設計）人: 雷曉東;秦洋;孔祥貴;李嘉力;劉菲
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C01G3/12
• 分類號: C01G3/12
• 代理公司: 北京恒和頓知識產(chǎn)權代理有限公司 11014
• 代理人: 孫伯慶

本發(fā)明提供了一種研磨法制備硫化銅納米片的方法，本方法先在研磨裝置中將銅鹽和硫脲研磨均勻，使其轉(zhuǎn)化為配合物中間體——水合氯化硫脲合銅，再向其中加入氫氧化鈉，水合氯化硫脲合銅在氫氧化鈉和空氣中的氧氣作用下轉(zhuǎn)化為硫化銅。研磨過程中，反應體系呈糊狀，極大程度上限制了離子的擴散，從而減緩了成核速率，已生成的硫化銅晶核得以生長為納米片。其他反應生成物均易溶于水或乙醇，因此洗滌后得到的硫化銅純度較高。本方法制備的硫化銅納米片微觀上呈均一的片狀結(jié)構，納米片厚度約12～14nm，該硫化銅納米片有較大的比表面積和較窄的能隙，有望應用于光催化和光電池等領域中。該方法產(chǎn)率高，易于實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

技術領域

本發(fā)明涉及納米材料合成領域，具體涉及一種納米結(jié)構硫化銅的制備方法。

背景技術

近年來，諸多研究發(fā)現(xiàn)過渡金屬-硫?qū)僭鼗衔镌诠獯呋㈦姶呋⑺幚怼δ芷骷阮I域表現(xiàn)出優(yōu)越的性能。硫化銅(CuS)，作為一種重要的過渡金屬-硫?qū)僭鼗衔锇雽w材料，呈現(xiàn)出獨特的層狀結(jié)構，有著類似金屬的導電性和較窄的禁帶寬度。因此，許多研究者對CuS在太陽能電池、光熱轉(zhuǎn)化、光催化、化學傳感器、鋰離子電池電極材料中的應用展開了廣泛的研究并取得了一定進展。

為了滿足不同的應用需求，零維、一維、二維的硫化銅納米結(jié)構都已有了成功的合成策略。Dong等人[Ind.Eng.Chem.Res.(2002)41,4489-4493]和在水/CO₂微乳液中制得了粒徑分布很窄(2-6nm)的CuS納米顆粒；Heydari等人[Appl.Surf.Sci.(2009)394,425-430]通過兩步溶劑熱法制備出多孔的CuS空心納米球；Hsu等人[Electrochim.Acta(2014),139,401-407]將Cu(OH)₂納米線陣列硫化而得到了CuS納米線陣列；Mao等人[Cryst.GrowthDes.(2009),9,2546-2548]以Cu-硫脲配合物為自犧牲模板制得了CuS多孔納米管；Peng等人[Mater.Lett.(2014),122,25-28]和Xu等人[Electrochim.Acta(2016),211,891-899]分別通過溶劑熱法和Cu-Ti合金的濃硫酸去合金化法得到了CuS納米片。在諸多不同的CuS納米結(jié)構中，有著納米級厚度的二維納米片及多級結(jié)構被研究得最多，主要是因為納米片結(jié)構通常有著較大的比表面積和暴露得更充分的活性位點，這兩點對于CuS在催化和儲能方面的應用十分有利。通常，CuS納米片都是經(jīng)由溶劑熱法或Cu-Ti合金的去合金化過程得到的。前者往往需要高溫高壓和高粘度溶劑，后者則需要用高濃度的硫酸作為刻蝕劑，并且二者都較為耗時(數(shù)小時至3天)，不利于規(guī)模化生產(chǎn)。因此，發(fā)展一種簡單高效、環(huán)境友好的CuS納米片合成方法對于CuS的實際應用至關重要。

研磨，作為一項古老的技術，早在史前時期就被應用于谷物的處理中。如今，隨著機械力化學的發(fā)展，研磨法不僅僅作為一種減小固體顆粒粒徑的方法被流傳下來，而且成為了一種綠色、經(jīng)濟的固體材料合成策略得以進一步發(fā)展。研磨法無需溶劑，也無需額外的熱量和壓力，在球磨機的輔助下可以快速實現(xiàn)產(chǎn)品的大批量制備。Li等人[Appl.Surf.Sci.(2016),384,272-278]借助球磨機直接將硫粉和銅粉經(jīng)一步球磨過程制成了粒徑在5nm以下的CuS量子點，并且該法有望實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。這啟發(fā)我們研磨法有望用于CuS納米片的制備中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種研磨法制備硫化銅納米片的方法，該方法產(chǎn)率高，易于實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

本發(fā)明所制備的硫化銅納米片，其化學式為CuS或(Cu⁺)₃(S^2-)(S₂^-)，呈均一的片狀結(jié)構。

本發(fā)明提供的制備方法，是先在研磨裝置中將銅鹽和硫脲研磨均勻，使其轉(zhuǎn)化為水合氯化硫脲合銅(Ⅰ)中間體，再向其中加入氫氧化鈉，中間體在氫氧化鈉和空氣中的氧氣的作用下轉(zhuǎn)化為硫化銅。