[发明专利]一种不同形貌自组装Cu2S纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硫属化合物半导体纳米材料的制备领域，具体涉及一种不同形貌自组装Cu₂S纳米材料的制备方法。

背景技术

硫化亚铜(Cu₂S)是常见间接带隙的P型半导体中的一种，其禁带宽度为1.2eV，在自然界中以辉铜矿的形式大量存在。Cu₂S纳米晶由于其量子尺寸效应表现出独特的物理和化学性质，在能源存储、光电器件、等离子共振等领域有着广泛的应用前景。发展简便、可控、普适、环境友好的纳米晶合成方法以实现具有特定组成、尺寸、形貌的纳米材料制备，并进一步通过可控的组装成为功能纳米晶组装体以构建纳米器件，对于开拓纳米材料的广泛应用具有重要的意义。

国内外的材料研究人员在Cu₂S纳米晶的可控制备和组装上开展了大量的研究并取得了一些重要进展，如东华大学胡俊青课题组在水相中通过严格控制反应条件合成了单分散Cu₂S纳米晶，随后通过去除部分配体稳定剂的方法，成功组装了高长径比的一维及二维结构。中科院福建物构所陈玲课题组通过热分解烷基硫醇盐制备了Cu₂S纳米盘及其组装体。然而，目前研究采用的大都是溶液体系，制备过程较繁琐，反应时间长，同一体系中不同形貌特别是纳米棒、纳米线等一维纳米材料受控制备的研究报道很少。因此，为了更好地控制产物的结构和微观形貌，探索一种普适性的、环境友好、更受控的多形貌自组装Cu₂S纳米晶制备方法成为亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在Cu₂S纳米材料组装体形貌不可控的上述不足，提供一种不同形貌自组装Cu₂S纳米材料的制备方法，该制备方法采用常规技术手段组合，具有操作简单，成本低廉，易于实现的特点，通过工艺步骤之间的协同促进实现了不同形貌自组装Cu₂S纳米材料制备目的，所制备的Cu₂S纳米组装体具有优异的分散性和可控的形貌，在太阳能、锂离子电池和光催化等领域具有良好的应用前景。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种不同形貌自组装Cu₂S纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将联苯硫醇、缚酸剂和有机溶剂混合均匀，在氮气保护下加入氯化亚铜，于10～30℃反应2～6h；

(2)将步骤(1)制备的反应液过滤，所得滤饼用无水乙醇洗涤，随后将滤饼真空干燥得到Cu₂S前驱体；

(3)将步骤(2)制备的Cu₂S前驱体在真空氛围或惰性气体氛围下进行煅烧，当处于真空氛围时，煅烧温度为200～240℃；当处于惰性气体氛围时，煅烧温度为200～220℃，得到不同形貌自组装Cu₂S纳米材料。

上述制备方法通过控制合成工艺，首先合成出呈高有序层状结构的Cu₂S前驱体，然后利用前驱体在不同实验条件下层状结构解离程度的差异性，从而制备出不同形貌自组装Cu₂S纳米材料。在上述步骤(3)煅烧过程中Cu₂S前驱体高有序层状结构缓慢解离，C-S键断裂生成Cu₂S。具体过程为：真空氛围下200～220℃煅烧时，反应速率相对较慢，前驱物层状结构易于控制，因而形成的Cu₂S纳米晶仅能在层内自由扩散生长，生成的纳米晶继承前体层状的有序性，自组装成Cu₂S纳米线组装体。当升温至240℃时，反应速率加快，前驱体层状介晶相结构变得不易受控，局部层状结构可能塌缩，因而Cu₂S纳米晶在局部层内结构中生长的同时，层间也会有缓慢的扩散，由于受限于长烷基层的阻隔作用，这种生长速度相比层内要慢得多，从而导致了Cu₂S纳米片的生成；惰性气体氛围下，于200℃煅烧时Cu₂S纳米线组装体的形成机理和真空氛围下200～220℃煅烧相同，但在升高温度时，其反应速率相比真空氛围在相同温度下会更快，如升至更高温度220℃时，生成了Cu₂S纳米盘组装体。这说明前驱体层状介晶相结构相比真空氛围下240℃煅烧更不受控，此时层状介晶相结构进一步塌缩，同时层间方向烷基链的排列也更为“疏松”，最后形成纳米盘组装体。

优选地，上述步骤(1)中联苯硫醇用通式(1)表示：