[发明专利]一种硫化铜分级结构材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备方法领域，更具体地，涉及到一种硫化铜分级结构材料及其制备方法。

背景技术

硫属化合物及其纳米材料具有独特的晶格结构和物理化学行为，是研究最早最为成熟的一种功能材料，同时也是目前实际应用最为广泛的材料之一。硫化铜作为一种重要的p型过渡金属硫化物，带隙宽度为 1.2-2.0 eV，在光的辐射下会产生光生载流子，组成光生载流子的电子空穴对能够与材料表面的有机物发生氧化还原作用，从而有效降解有机物。

近年来发展起来的基于硫化物半导体的分级结构，体现出了优异的物理化学性能。分级结构是由诸如纳米颗粒、纳米管、纳米棒和纳米片等低维纳米结构组装而成，综合了不同尺度材料的结构特点。在催化和储能等研究领域，分级结构不仅能抑制纳米颗粒的团聚长大，保留纳米材料高比表面积，同时还能通过分级孔构造增加内部传播路径，是得到高活性功能材料的理想结构，成为人们最近研究的热点。目前，尽管分级结构功能材料的制备已取得了很多成果并展现出了优异的应用前景，然而其设计和构筑还面临着很多问题和挑战。精细化的多形态多尺度纳米结构制备难度较大，严重制约了分级结构的实际应用。采用一种简便有效的方法来大面积制备高度定向、有序排列的硫化铜分级结构材料仍需要进一步探索，加强这方面的研究工作对于先进功能材料的构筑和制备具有借鉴作用，可为先进功能材料的结构设计提供全新的理念。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种硫化铜分级结构材料及其制备方法，其目的在于不借助昂贵的设备，利用自上而下的自组装方法生长出有序的分级结构，由此解决现有技术在设计和构筑分级结构功能材料过程中面临的诸多问题和技术挑战。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种硫化铜分级结构纳米材料，包括垂直于铜棒基底表面生长的硫化铜微米和纳米片层材料，所述的硫化铜微米和纳米片层材料共同构成网状分级结构。

优选地，所述微米级硫化铜片层的直径在5-20μm之间，厚度在500 nm左右。

优选地，所述纳米级硫化铜片层的直径在50-200 nm之间，厚度在30 nm左右。

按照本发明的另一方面，提供了一种硫化铜分级结构纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将硫粉均匀分散在甲醇中，制得硫粉甲醇分散液，使得每毫升甲醇中分散有0.50 mg至1.5 mg硫粉。

（2）将步骤（1）制得的硫粉甲醇分散液置于以聚四氟乙烯为内衬的不锈钢高压釜中。

（3）在步骤（2）中所述的反应釜中倾斜放置一直径为1毫米的干净铜棒，使得铜棒与硫粉质量比为1：0.9-1：1.2。

（4）将步骤（3）中所述的反应釜置于鼓风干燥箱中，鼓风干燥箱温度设置为80-120℃，反应时间6-12小时。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有下列有益效果。

（1）与现有材料相比，本发明提供的硫化铜片状分级结构具有多层次、多维度耦合的特征，包含了纳米和微米两种不同尺寸的硫化铜片层结构。

（2）与现有技术相比，该反应采用简单的溶剂热法，制备工艺简单，不需要大型昂贵设备辅助，利用自上而下的自组装方法，实验重复性好，为先进功能材料的结构设计和构筑提供了全新理念。

附图说明

图1是铜棒表面负载硫化铜分级结构纳米材料的扫描电子显微镜图。

图2是放大的铜棒表面负载硫化铜分级结构纳米材料的扫描电子显微镜图。

图3 是高倍放大的铜棒表面负载硫化铜分级结构纳米材料的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

所述的基于硫化铜片层分级结构材料，其制备方法包括以下步骤：

（1）将硫粉均匀分散在甲醇中，制得硫粉甲醇分散液，使得每毫升甲醇中分散有0.8 mg硫粉。

（2）将步骤（1）制得的硫粉甲醇分散液置于以聚四氟乙烯为内衬的不锈钢高压釜中。

（3）在步骤（2）中所述的反应釜中倾斜放置一支直径为1 mm的铜棒，使得铜棒与硫粉质量比为1：1。

（4）将步骤（3）中所述的反应釜置于鼓风干燥箱中，鼓风干燥箱温度设置为100℃，反应时间保持在10小时。