一種二硫化鉬/硫化銅/氧化亞銅納米複合材料的製備方法與流程

2023-04-23 18:32:51 2

本發明涉及一種二硫化鉬/硫化銅/氧化亞銅納米複合材料的製備方法，屬於低維複合材料製備領域。

背景技術：

二硫化鉬納米材料具有二維層狀結構，其層間為範德華力，層內為通過化學鍵形成三明治結構。同時，二硫化鉬為半導體材料，其禁帶寬度約1.9ev，可見光吸收較好。由於其特殊的結構和電子性質，因此被廣泛應用於光電催化、鋰鈉離子二次電池、光伏等領域；本徵的二硫化鉬納米材料在合成過程中由於形成硫空位等本徵缺陷，從而表現出n型半導體的特徵。由於缺陷的影響，作為電池的電極材料時，二硫化鉬的穩定性較低；另一方面，二硫化鉬對可見光具有一定的吸收能力，但是本徵缺陷的存在導致光生載流子複合率較高。

硫化銅是一種間接帶隙半導體材料，帶隙值約為2.0ev。由於其製備方法廣泛，易於納米化等特點，從而被應用於高容量鋰離子電池、太陽能電池、光催化和非線性光學材料等領域；氧化亞銅也是一種半導體材料，帶隙值約2.2ev，由於其化學穩定性高，在太陽能電池，氣敏傳感器，光電轉換開關等領域都有應用。由於容易銅空位的原因，合成的硫化銅和氧化亞銅材料均表現出p型半導體的特徵。因此，對於單一硫化銅和氧化亞銅其光生載流子的複合率都較高，作為光催化和光伏電池材料時，性能受缺陷密度的影響。

當二硫化鉬與硫化銅和氧化亞銅形成異質結複合納米結構時，由於二硫化鉬的n型特徵與硫化銅和氧化亞銅的p型特徵將會形成天然的p-n結，從而形成內建電場，有利於載流子的分離；同時由於二硫化鉬、硫化銅和氧化亞銅帶隙間的差異，形成異質結複合納米結構能夠導致ii型帶階的形成，有利於光生電子-空穴對的分離，因此在光催化和光伏電池領域極具潛力。但是，以往關於二硫化鉬/硫化銅/氧化亞銅納米複合材料製備的研究非常少，探索該類納米複合材料的製備具有十分重要的意義。

技術實現要素：

為了解決二硫化鉬/硫化銅/氧化亞銅納米複合材料在製備技術上的困難，本發明提供了一種製備二硫化鉬/硫化銅/氧化亞銅納米複合材料的水熱合成方法。利用氧化銅為銅源，二水鉬酸鈉為鉬源，硫脲為硫源；水熱條件下，硫源分解產生的硫化氫作為還原劑，還原氧化銅，將一價的銅還原為二價的銅，使其形成氧化亞銅和硫化銅的方法去製備異質結納米複合材料。

本發明採取的技術方案如下：

第一步：在氧化銅中加入去離子水，攪拌，形成混合物a；

第二步：將二水鉬酸鈉加入混合物a中，繼續攪拌，形成混合物b；

第三步：將硫脲加入混合物b中，繼續攪拌，形成混合物c；

第四步：將ctab加入混合物c中，繼續攪拌，形成混合物d；

第五步：將混合物d轉移至不鏽鋼高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，在溫度為220℃的情況下保溫24小時，並自然冷卻至室溫，生成產物e；

第六步：使用去離子水和乙醇分別洗滌產物e五次，隨後將產物e在60℃下真空乾燥12小時，得到乾燥的二硫化鉬/硫化銅/氧化亞銅納米複合材料。

上述氧化銅的製備方法為：

第一步：在一水乙酸銅中加入去離子水，得到溶液f；

第二步：將氫氧化鈉溶於去離子水，將其逐滴加入到溶液f，之後再次攪拌獲得混合物g；

第四步：將混合物g轉移至不鏽鋼高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，在100℃保溫10小時，並自然冷卻至室溫，得到產物h；

第五步：使用去離子水洗滌產物h五次，隨後將產物h在60℃下真空乾燥12小時，得到乾燥的氧化銅。

所述的氫氧化鈉與一水乙酸銅的質量比為4。

所述的硫脲與二水鉬酸鈉的質量比為4。

所述的二水鉬酸鈉與ctab的質量比為4.615。

所述的二水鉬酸鈉與氧化銅的質量比為0.857～3.429。

本發明的有益效果：

1.以氧化銅為模板，反應過程產生的硫化氫作為軟模版，形成空心微球納米複合結構。

2.使用水熱法製備的二硫化鉬/硫化銅/氧化亞銅納米複合材料具有結晶性好，樣品均一度高等特點，並且工藝簡單，可重複性好。

3.二硫化鉬/硫化銅/氧化亞銅異質結納米複合結構，可以促進光生電子-空穴對的分離、減少了載流子的複合率，因此該複合材料能夠被應用於光催化和光伏電池等領域。

附圖說明

圖1為實施例1、2、3所合成的樣品的xrd圖譜。

圖2為實施例1所合成的樣品的掃描電鏡圖片。

圖3為實施例2所合成的樣品的掃描電鏡圖片。

圖4為實施例3所合成的樣品的掃描電鏡圖片。

具體實施方式

本發明的具體實施方式分為兩步，第一步為合成氧化銅，第二步為合成二硫化鉬/硫化銅/氧化亞銅納米複合材料。

合成的氧化銅的方法：2g一水乙酸銅通過磁力攪拌溶解於50ml去離子水，8g氫氧化鈉溶解於30ml去離子水，將氫氧化鈉溶液加入到一水乙酸銅溶液中，劇烈攪拌，隨後加入到聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓反應釜，在溫度為100℃的情況下保溫10小時，水熱反應結束後將其冷卻至室溫，然後使用去離子水洗滌五次；之後將其放入真空乾燥箱在60℃乾燥12小時，得到乾燥的氧化銅。

合成二硫化鉬/硫化銅/氧化亞銅納米複合材料的方法：將0.175～0.7g氧化銅加入去離子水，磁力攪拌得到混合物，然後加入0.6g二水鉬酸鈉，繼續磁力攪拌，之後加入2.4g硫脲，繼續磁力攪拌，然後再加入0.13gctab，繼續磁力攪拌，之後將混合物轉移至不鏽鋼高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，在溫度為220℃的情況下保溫24小時，並自然冷卻至室溫，生成產物，去離子水和乙醇分別洗滌產物五次，隨後將產物在60℃下真空乾燥12小時，得到乾燥的二硫化鉬/硫化銅/氧化亞銅納米複合材料。

實施例1：

將0.175g氧化銅加入去離子水，磁力攪拌得到混合物，然後加入0.6g二水鉬酸鈉，繼續磁力攪拌，之後加入2.4g硫脲，繼續磁力攪拌，然後再加入0.13gctab，繼續磁力攪拌，之後將混合物轉移至不鏽鋼高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，在溫度為220℃的情況下保溫24小時，並自然冷卻至室溫，生成產物，去離子水和乙醇分別洗滌產物五次，隨後將產物在60℃下真空乾燥12小時，得到乾燥的二硫化鉬/硫化銅/氧化亞銅納米複合材料。圖1中的xrd圖譜表明合成的複合材料包括二硫化鉬、硫化銅、氧化亞銅這三相。圖2所示的掃描電鏡圖片顯示其微觀形貌為核殼結構。

實施例2：

將0.35g氧化銅加入去離子水，磁力攪拌得到混合物，然後加入0.6g二水鉬酸鈉，繼續磁力攪拌，之後加入2.4g硫脲，繼續磁力攪拌，然後再加入0.13gctab，繼續磁力攪拌，之後將混合物轉移至不鏽鋼高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，在溫度為220℃的情況下保溫24小時，並自然冷卻至室溫，生成產物，去離子水和乙醇分別洗滌產物五次，隨後將產物在60℃下真空乾燥12小時，得到乾燥的二硫化鉬/硫化銅/氧化亞銅納米複合材料。圖1中的xrd圖譜表明合成的複合材料包括二硫化鉬、硫化銅、氧化亞銅這三相。圖3所示的掃描電鏡圖片顯示複合材料的微觀形貌。

實施例3：

將0.7g氧化銅加入去離子水，磁力攪拌得到混合物，然後加入0.6g二水鉬酸鈉，繼續磁力攪拌，之後加入2.4g硫脲，繼續磁力攪拌，然後再加入0.13gctab，繼續磁力攪拌，之後將混合物轉移至不鏽鋼高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，在溫度為220℃的情況下保溫24小時，並自然冷卻至室溫，生成產物，去離子水和乙醇分別洗滌產物五次，隨後將產物在60℃下真空乾燥12小時，得到乾燥的二硫化鉬/硫化銅/氧化亞銅納米複合材料。圖1中的xrd圖譜表明合成的複合材料包括二硫化鉬、硫化銅、氧化亞銅這三相。圖4所示的掃描電鏡圖片顯示複合材料的微觀形貌。