[发明专利]一种碳纳米管/三元硫属半导体纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是涉及一种碳纳米管/三元硫属半导体纳米材料及其制备方法，属于纳米复合材料技术领域。

背景技术

由于特殊的物理和化学性质，半导体纳米粒子在电子元器件、非线性光学、催化、光电材料等诸多方面有着潜在的应用前景。迄今为止，多种半导体纳米粒子包括二氧化锌、硒化镉、硫化锌、硫化镉、二氧化钛、二氧化硅等已经通过不同的物理或化学方法顺利修饰到了碳纳米管上。碳纳米管的表面修饰可以通过共价与非共价的方法来达到。碳纳米管本身由于具有优良的光学、热学和电学等性能而一直成为国际上研究的热点。近年来，碳纳米管的表面修饰以及在非线性光学方面的应用已成为材料学界研究的热门领域。在这些应用当中，主要是要解决纳米粒子在碳纳米管上面的分散均匀性的问题。为了解决这些问题，人们在碳纳米管的表面用一些聚电解质或表面活性剂作为模板来原位沉积纳米粒子，效果比较明显。碳纳米管本身具有良好的非线性光学性能，它又是纳米粒子的优良载体。三元硫属半导体纳米材料也具有优良的非线性光学性质。因此，将三元硫属半导体纳米粒子与碳纳米管结合起来，所得复合材料将会在非线性光学方面有着潜在的应用。

发明内容

本发明旨在提供一种碳纳米管/半导体纳米粒子复合材料，是一种碳纳米管/三元硫属半导体纳米粒子复合材料。

本发明还提供了上述符合材料的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种碳纳米管/三元硫属半导体纳米粒子复合材料，是在碳纳米管上包覆三元硫属半导体纳米粒子，其特征在于：所述碳纳米管为多壁碳纳米管(MWCNTs)，所述三元硫属半导体纳米粒子为CuInS₂。

本发明所述的碳纳米管/半导体纳米复合材料的制备原理是将CuInS₂半导体纳米粒子通过溶剂热法原位沉积在碳纳米管上。分别先制备铜的前驱体以及铟的前驱体，然后把铜的前驱体和铟的前驱体在高温的条件下分解，通过原位沉淀法生成半导体纳米粒子。具体步骤如下：

(1)将多壁碳纳米管均匀分散在油酸中(可通过超声方法分散，超声时间0.5～3h)，两者用量为1～3mg/ml；加入油胺和十八烯；多壁碳纳米管与油胺和十八烯的用量比均为4～8mg/ml；

(2)加入铜前驱体Cu(DEDC)₂和铟前驱体In(DEDC)₃，使之分散均匀，并在180～230℃下反应8～12小时，取沉淀洗涤干燥；

多壁碳纳米管与Cu(DEDC)₂和In(DEDC)₃的用量比为1mg∶1.5～6mg∶2.5～10mg。更优选的，多壁碳纳米管的管径为10～200nm，长度为1～20μm。

所述Cu(DEDC)₂的制备方法为：将铜盐溶液滴加到三水合二乙基二硫代氨基甲酸钠溶液中，混合均匀，静置3～10小时取沉淀洗涤干燥得到铜前驱体Cu(DEDC)₂。铜盐为氯化铜、硫酸铜或硝酸铜，铜盐溶液中铜元素的浓度为0.1～0.15mol/L；铜盐中的铜元素与三水合二乙基二硫代氨基甲酸钠的摩尔比为1∶1.5～2.5。

所述In(DEDC)₃的制备方法为：将铟盐溶液滴加到三水合二乙基二硫代氨基甲酸钠溶液中，混合均匀，静置3～10小时取沉淀洗涤干燥得到铟前驱体In(DEDC)₃。铟盐中的铟元素与三水合二乙基二硫代氨基甲酸钠的摩尔比为1∶2.5～3.5；铟盐溶液中铟元素的浓度为0.1～0.15mol/L。

上述三水合二乙基二硫代氨基甲酸钠溶液浓度为0.02～0.03g/ml。

通过上述方法，将半导体纳米粒子通过溶剂热法原位积淀在碳纳米管上，制备出来的纳米复合材料具有较好的非线性光学性能，是一种良好的非线性光学材料。

为了拓宽非线性光学材料的来源，本发明制备了碳纳米管/半导体纳米粒子复合材料。包覆半导体一方面可以充分发挥半导体纳米材料的光限幅性能，另一方面可以将半导体纳米粒子和碳纳米管自身的光限幅性能结合起来，优化材料的性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明的碳纳米管不需要用浓氧化性酸处理，碳纳米管的结构和性能的完整性得以很好的保护，也不必在碳纳米管表面预修饰聚合物或表面活性剂，并且还是首次将半导体CuInS₂纳米粒子修饰在碳纳米管上，具有操作简单、原料成本低廉和易得等诸多优点，适合工业化大生产与实际应用。