一種微波水熱製備Cu_1.8S納米線的方法

2023-12-06 14:31:31 1

專利名稱：一種微波水熱製備Cu1.8S納米線的方法
一種微波水熱製備Cu1.8S納米線的方法技術領域
本發明屬於半導體材料硫化銅的製備方法，具體涉及一種微波水熱製備cUl.8s納米線的方法。
背景技術：
近年來由於過渡金屬硫化物在半導體、發光裝置及超導等方面具有潛在的應用價值而受到科研工作者的極大興趣。硫化銅是很重要的P型半導體，其中Cu2S的帶隙能為 1. 2eV, Cul8S為1. 5eV, CuS為2. OeV,由於其具有優異的傳導性、電學、光學性質，被廣泛地應用在熱電偶、濾光器、太陽能電池、傳感器和催化等領域。迄今為止，已成功合成多種形貌的硫化銅，例如納米盤狀，空心球狀，花狀和管狀等特定形貌。
目前製備硫化銅的方法主要超聲電化學法[Yixin Zhao, Hongcheng Pan, et al.Plasmonic Cu2_xS Nanocrystals Optical and Structural Properties of Copper-Deficient Copper (I)Sulfides[J]. J. AM. CHEM. S0C,2009, 131 :4253-4261]、J-B^HWi [Μ. Ali Yildirim, Aytunc Ates, Aykut Astam. Annealing and Light Effect on Structural, Optical and Electrical Properties of CuS, CuZnS and ZnS Thin Films Grown by the SILAR Method[J]· Physica. E，2009，41 :1365-1372.]、水熱法[Ai-Miao Qin, Yue-Ping Fang, et al. Formation of Various Morphologies of Covellite Copper Sulfide Submicron Crystals by a Hydrothermal Method without Surfactant [J], Crystal Growth & Design，2005，5 :855-860.]、原子層沉積法和化學氣相沉禾只法[Liesbeth Reijnen, Ben Meester, et al. Comparison of CuxS Films Grown by Atomic Layer Deposition andChemical Vapor Deposition[J]. Chem. Mater. ,2005,17 2724-2728]。然而這些方法通常需要特殊的儀器，或者需要嚴格的實驗條件和比較長的反應時間，而且由於在合成硫化銅的過程中有大量的H2S氣體生成，如反應在敞開體系中進行，則不可避免地會對環境造成一定的汙染。因此尋找一種易於操作，環境友好和成本低廉的方法顯得頗為重要。發明內容
本發明的目的是提出一種微波水熱製備CUl.8S納米線的方法。該製備方法反應周期短、反應溫度低，環境友好，成本低廉，並且操作簡單，重複性好。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是
1)將分析純的可溶性銅鹽加入到去離子水中，製成Cu2+濃度為0. Olmol/ L-2. Omol/L的透明溶液A;
2)向A溶液中加入分析純的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩爾比為1 1 5得溶液B;
3)向B溶液中加入分析純的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的濃度為 0. 01-0. 10g/mL,形成前驅物溶液C ；
4)向前驅物溶液C中加入NaOH溶液調節pH值為4 7得溶液D ；5)將溶液D倒入微波水熱反應釜中，填充度為50% -80%，然後密封反應釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應儀中，選擇溫控模式或者壓控模式進行反應，所述的溫控模式的溫度控制在100-200°C，壓控模式的水熱壓力控制在0. l-3Mpa,反應5min-80min，反應結束後自然冷卻到室溫；6)打開水熱反應釜，產物經過離心收集，然後分別用去離子水，無水乙醇洗滌，於真空乾燥箱中在40-80°C乾燥得到最終產物CUl.8S納米線。所述的可溶性銅鹽為硝酸銅或硫酸銅。所述的NaOH溶液的濃度為1. 25mol/L。本發明採用簡單的微波水熱法製備工藝，反應周期短，能耗低，反應在液相中一次完成，不需要後期處理。


圖1是本發明實施例1所製備的CUl.8S納米線的X-射線衍射(XRD)圖譜；圖2是本發明實施例1製備的Cu1.8S納米線的SEM照片。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例1 1)將分析純的三水合硝酸銅Cu(NO3)2 · 3H20加入到去離子水中，製成Cu2+濃度為 0. 04mol/L的透明溶液A ；2)向A溶液中加入分析純的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩爾比為1 2得溶液B;3)向B溶液中加入分析純的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的濃度為0. 03g/mL, 形成前驅物溶液C ；4)向前驅物溶液C中加入濃度為1. 25mol/L的NaOH溶液調節pH值為4得溶液 D ；5)將溶液D倒入微波水熱反應釜中，填充度為50%，然後密封反應釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應儀中，選擇溫控模式在180°C，反應lOmin，反應結束後自然冷卻到室6)打開水熱反應釜，產物經過離心收集，然後分別用去離子水，無水乙醇洗滌，於真空乾燥箱中在40°C乾燥得到最終產物CUl.8S納米線。將所得的CuS粒子用日本理學D/maX2000PCX-射線衍射儀分析樣品，發現產物為 CuL8S(JCPDS 47-1748)，見圖1。將該樣品用日本公司生產的JSM-6390A型掃描電子顯微鏡進行觀察，從圖2中可以看出所製備的CuS納米線，直徑約為300-600nm，並呈纏繞狀。實施例2 1)將分析純的五水合硫酸銅(CuSO4 · 5H20)加入到去離子水中，製成Cu2+濃度為 0. 25mol/L的透明溶液A ；2)向A溶液中加入分析純的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩爾比為1 3得溶液B;
3)向B溶液中加入分析純的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的濃度為0. 04g/mL, 形成前驅物溶液C ；
4)向前驅物溶液C中加入濃度為1. 25mol/L的NaOH溶液調節pH值為5得溶液 D ；
5)將溶液D倒入微波水熱反應釜中，填充度為60 %，然後密封反應釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應儀中，選擇溫控模式在150°C，反應20min，反應結束後自然冷卻到室
6)打開水熱反應釜，產物經過離心收集，然後分別用去離子水，無水乙醇洗滌，於真空乾燥箱中在60°C乾燥得到最終產物CUl.8S納米線。
實施例3
1)將分析純的三水合硝酸銅Cu(NO3)2 · 3H20加入到去離子水中，製成Cu2+濃度為 O.Olmol/L的透明溶液A;
2)向A溶液中加入分析純的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩爾比為1 1得溶液B;
3)向B溶液中加入分析純的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的濃度為0. 01g/mL, 形成前驅物溶液C ；
4)向前驅物溶液C中加入濃度為1. 25mol/L的NaOH溶液調節pH值為6得溶液 D ；
5)將溶液D倒入微波水熱反應釜中，填充度為70%，然後密封反應釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應儀中，選擇溫控模式在100°c，反應80min，反應結束後自然冷卻到室溫；
6)打開水熱反應釜，產物經過離心收集，然後分別用去離子水，無水乙醇洗滌，於真空乾燥箱中在80°C乾燥得到最終產物CUl.8S納米線。
實施例4
1)將分析純的五水合硫酸銅(CuSO4 · 5H20)加入到去離子水中，製成Cu2+濃度為 0. 8mol/L的透明溶液A;
2)向A溶液中加入分析純的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩爾比為1 5得溶液B;
3)向B溶液中加入分析純的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的濃度為0. 05g/mL, 形成前驅物溶液C ；
4)向前驅物溶液C中加入濃度為1. 25mol/L的NaOH溶液調節pH值為7得溶液 D ；
5)將溶液D倒入微波水熱反應釜中，填充度為80%，然後密封反應釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應儀中，選擇溫控模式在200 V，反應5min，反應結束後自然冷卻到室
6)打開水熱反應釜，產物經過離心收集，然後分別用去離子水，無水乙醇洗滌，於真空乾燥箱中在50°C乾燥得到最終產物CUl.8S納米線。
實施例5
1)將分析純的三水合硝酸銅Cu(NO3)2 · 3H20加入到去離子水中，製成Cu2+濃度為 1.2mol/L的透明溶液A;2)向A溶液中加入分析純的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩爾比為1 4得溶液B;3)向B溶液中加入分析純的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的濃度為0. 08g/mL, 形成前驅物溶液C ；4)向前驅物溶液C中加入濃度為1. 25mol/L的NaOH溶液調節pH值為7得溶液 D ；5)將溶液D倒入微波水熱反應釜中，填充度為80 %，然後密封反應釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應儀中，選擇壓控模式進行反應，壓控模式的水熱壓力控制在0. IMpa,反應70min，反應結束後自然冷卻到室溫；6)打開水熱反應釜，產物經過離心收集，然後分別用去離子水，無水乙醇洗滌，於真空乾燥箱中在70°C乾燥得到最終產物CUl.8S納米線。實施例6 1)將分析純的五水合硫酸銅(CuSO4 · 5H20)加入到去離子水中，製成Cu2+濃度為 1.6mol/L的透明溶液A;2)向A溶液中加入分析純的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩爾比為1 3. 5得溶液B;3)向B溶液中加入分析純的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的濃度為0. 06g/mL, 形成前驅物溶液C ；4)向前驅物溶液C中加入濃度為1. 25mol/L的NaOH溶液調節pH值為5得溶液 D ；5)將溶液D倒入微波水熱反應釜中，填充度為70%，然後密封反應釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應儀中，選擇壓控模式進行反應，壓控模式的水熱壓力控制在1. 5Mpa，反應50min，反應結束後自然冷卻到室溫；6)打開水熱反應釜，產物經過離心收集，然後分別用去離子水，無水乙醇洗滌，於真空乾燥箱中在60°C乾燥得到最終產物CUl.8S納米線。實施例7:1)將分析純的三水合硝酸銅Cu(NO3)2 · 3H20加入到去離子水中，製成Cu2+濃度為 2. Omol/L的透明溶液A;2)向A溶液中加入分析純的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩爾比為1 2. 5得溶液B;3)向B溶液中加入分析純的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的濃度為0. lg/mL, 形成前驅物溶液C ；4)向前驅物溶液C中加入濃度為1. 25mol/L的NaOH溶液調節pH值為6得溶液 D ；5)將溶液D倒入微波水熱反應釜中，填充度為60 %，然後密封反應釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應儀中，選擇壓控模式進行反應，壓控模式的水熱壓力控制在3Mpa，反應 30min,反應結束後自然冷卻到室溫；
6)打開水熱反應釜，產物經過離心收集，然後分別用去離子水，無水乙醇洗滌，於真空乾燥箱中在50°C乾燥得到最終產物CUl.8S納米線。
權利要求
1.一種微波水熱製備cUl.8s納米線的方法，其特徵在於1)將分析純的可溶性銅鹽加入到去離子水中，製成Cu2+濃度為0.Olmol/L-2. Omol/L的透明溶液A;2)向A溶液中加入分析純的硫脲(SC(NH2)2)，使得溶液中Cu2+/SC(NH2)2的摩爾比為 1 1 5得溶液B;3)向B溶液中加入分析純的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的濃度為0.01-0. IOg/ mL，形成前驅物溶液C;4)向前驅物溶液C中加入NaOH溶液調節pH值為4 7得溶液D；5)將溶液D倒入微波水熱反應釜中，填充度為50%-80%，然後密封反應釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應儀中，選擇溫控模式或者壓控模式進行反應，所述的溫控模式的溫度控制在100-200°C，壓控模式的水熱壓力控制在0. l-3Mpa，反應5min_80min，反應結束後自然冷卻到室溫；6)打開水熱反應釜，產物經過離心收集，然後分別用去離子水，無水乙醇洗滌，於真空乾燥箱中在40-80°C乾燥得到最終產物CUl.8S納米線。
2.根據權利要求1所述的微波水熱製備CUl.8S納米線的方法，其特徵在於所述的可溶性銅鹽為硝酸銅或硫酸銅。
3.根據權利要求1所述的微波水熱製備CUl.8S納米線的方法，其特徵在於所述的 NaOH溶液的濃度為1. 25mol/L。
全文摘要
一種微波水熱製備Cu1.8S納米線的方法，將可溶性銅鹽加入到去離子水中得溶液A；向A溶液中加入硫脲得溶液B；向B溶液中加入聚乙二醇形成前驅物溶液C；向前驅物溶液C中加入NaOH調節pH值為4～7得溶液D；將溶液D倒入微波水熱反應釜中，然後密封反應釜，將其放入溫壓雙控微波水熱反應儀中，選擇溫控模式或者壓控模式進行反應，反應結束後自然冷卻到室溫；打開水熱反應釜，產物經過離心收集，然後分別用去離子水，無水乙醇洗滌，乾燥得到最終產物Cu1.8S納米線。本發明採用簡單的微波水熱法製備工藝，反應周期短，能耗低，反應在液相中一次完成，不需要後期處理。
文檔編號C01G3/12GK102502776SQ201110375840
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者吳建鵬, 張培培, 曹麗雲, 黃劍鋒, 齊慧 申請人:陝西科技大學