[發明專利]一種纖鋅礦結構CuInS2

有效

• 申請號: 201810168367.2
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108328647B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 鄧兆;董朋飛;趙珺;歐陽綺;李毅鵬
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C01G15/00
• 分類號: C01G15/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 李明婭

本發明提供一種纖鋅礦結構CuInS₂納米晶的制備方法，包括以下步驟：步驟1、將等摩爾的銅鹽和銦鹽溶于十八烯和油酸混合溶液中，超聲分散均勻，將溶液轉移到三口燒瓶中；步驟2、將三口燒瓶中通入保護氣并排盡空氣，攪拌并加熱到80℃，隨后加入一定量的叔十二烷基硫醇，保溫一定時間，隨后升溫至180℃；步驟3、撤去熱源，自然冷卻到100℃以下，加入一定量的三辛基膦；步驟4、用所得溶液以一定比例的甲醇，三氯甲烷，丙酮混合液清洗離心，重復多次，將所得納米晶溶入甲苯保存。本發明采用簡單的“一鍋法”合成，合成溫度較低且原料價格低廉；在保持溫度不變的情況下，僅通過改變油酸的含量就實現了閃鋅礦到纖鋅礦的結構轉變。

技術領域

本發明屬于納米晶合成技術領域，具體涉及一種纖鋅礦結構的CuInS₂納米晶的制備法。

背景技術

納米晶又稱量子點，通常來說納米晶是晶體的三維尺寸均在1～20nm的半導體納米顆粒。當晶體的尺寸接近或小于晶體的波爾半徑會產生分立的能級結構，并具有不同于體材料獨特的物理化學性質。CuInS₂納米晶是一種直接帶隙半導體，其體材料的帶隙Eg＝1.45eV。CuInS₂納米晶在可見光區具有非常大的光學吸收系數和光學穩定性，非常適合做太陽能轉換材料。此外，CuInS₂納米晶還具有熒光可調范圍廣，量子效率高，熒光壽命長，大的斯托克斯位移等特點，且CuInS₂納米晶不含A類和B類劇毒元素，以其優良性能而備受關注。

目前研究的大多集中在黃銅礦型CuInS₂納米晶的研究，對纖鋅礦及閃鋅礦的研究較少。Pan等人于2008年第一次報道合成了閃鋅礦和纖鋅礦結構的CuInS₂納米晶，他們利用銅和銦的二乙基二硫代胺基甲酸鹽溶于十八烯，利用油胺作為表面活性劑，分別用油酸或正十二硫醇作為配體獲得了閃鋅礦或纖鋅礦的結構。Batabyal等將單源(Ph3P)CuIn(SC{O}Ph)4溶于正十二硫醇或三辛基氧麟，通過調控分解溫度來獲得不同的晶型，當合成溫度較高時可獲得閃鋅礦結構的納米粒子，而當溫度較低或者三辛基氧麟的濃度較大的時候，獲得的是纖鋅礦結構的納米粒子。Kruszynska等利用CuAC、In(AC)3和硫單質溶于油胺，在相對低溫時獲得了閃鋅礦結構，在高溫或者硫醇存在的情下合成了纖鋅礦的結構。由于纖鋅礦結構中銅、銦原子在(100)晶面上的交替排列，構成纖鋅礦相無序結構，纖巧礦構的CuInS₂晶格常數為a＝b＝0.3897nm，c＝6.441nm。由于允許較寬的化學計量比、具有更大范圍的可調帶寬，故纖巧礦結構的CuInS₂被認為更有利于光伏器件的制備，因此而近年來倍受關注。

本發明擬首次將叔十二烷基硫醇硫醇引入到一鍋法制備纖鋅礦CIS納米晶的合成中，利用Cu(AC)2、In(AC)3分別為銅源和銦源，叔十二烷基硫醇為硫源，油酸為配體，十八烯為溶劑，在油酸的在較低的溫度下成功制備出純相的纖鋅礦結構，粒徑在5～7nm，分散性較好的CuInS₂納米晶，并通過調節油酸的含量實現由閃鋅礦到纖鋅礦的轉變。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明為解決現有技術中存在的問題采用的技術方案如下：

一種纖鋅礦結構CuInS₂納米晶的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、將等摩爾的銅鹽和銦鹽溶于十八烯和油酸混合溶液中，超聲分散均勻，將溶液轉移到三口燒瓶中；

步驟2、將三口燒瓶中通入保護氣并排盡空氣，攪拌并加熱到80℃，隨后加入一定量的叔十二烷基硫醇，保溫一定時間，隨后升溫至180℃；

步驟3、撤去熱源，自然冷卻到100℃以下，加入一定量的三辛基膦；

步驟4、用所得溶液以一定比例的甲醇，三氯甲烷，丙酮混合液清洗離心，重復多次，將所得納米晶溶入甲苯保存。