一种含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体的制备方法

摘要

一种含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体的制备方法，包括以下步骤：配制Na2S和NaOH的混合溶液、制备Cu2OCuxSy核壳结构晶体、洗涤并干燥Cu2OCuxSy核壳结构晶体、向纯净干燥的Cu2OCuxSy核壳结构中加去离子水并搅拌得到Cu2OCuxSy均匀分布的核壳结构悬浮液、向Cu2OCuxSy均匀分布的核壳结构悬浮液中加氨水并静置得到含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体初级产物以及洗涤并干燥含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体初级产物得到含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体；本发明制备方法工艺简单，能够制备出单分散性好、尺寸均匀的含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体。

说明书

技术领域

本发明涉及硫化铜晶体的制备方法，特别涉及一种含有纳米孪晶结构 的中空硫化铜晶体的制备方法。

背景技术

硫化铜作为一种非化学计量的p型半导体，禁带宽度为1.2～2.0eV，由 于自身独特的光电性能，已经在太阳能电池、超导体、纳米开关、光电转换 器、气敏传感器等方面得到重要的应用。具有中空结构的微纳米粒子具有比 表面积较大、密度小和渗透性好等特征，在催化领域、生物化学领域以及材 料科学领域具有广泛的应用前景。中空结构粒子可以作为药物载体、催化剂、 细胞保护层、电学组建、调料等在生化和医药领域得到重要的应用。原位牺 牲模板法是制备结构粒子的重要方法，这种方法是指反应过程中产物在牺牲 模板的表面形成并延续模板的形状，牺牲的模板决定中空产物的形状和空腔 的尺寸，并且会在反应过程中消耗，此方法操作简单，无须添加表面活性剂 等有机物。纳米孪晶的存在会使得材料中存在内应力，对材料本身起到强化 的作用，对材料的性能产生影响，所以，含有孪晶结构的制备与特性研究已 经成为材料研究领域研究的热点。

然而现有技术中还没有一种能够实现方便快捷地制备尺寸均匀、形状规 则、单分散性良好且含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体的制备方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种含有纳米孪 晶结构的中空硫化铜晶体的制备方法，本发明制备方法工艺简单，能够制备 出单分散性好、尺寸均匀的含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：用无水乙醇作溶剂配制Na₂S和NaOH的混合溶液，使混合溶液 中的Na₂S浓度为0.5～100mg/mL，NaOH浓度为0.01～60mg/mL，并用磁力搅 拌器搅拌5-20min；

步骤2：将Cu₂O粉末加入步骤1配制的混合溶液中，加入的Cu₂O粉末 与混合溶液的重量比为1∶50～1∶500，然后搅拌0.01～5h，即得到Cu₂OCu_xS_y核壳结构晶体；

步骤3：将步骤2得到的Cu₂OCu_xS_y核壳结构晶体先用无水乙醇在 6000rpm转速下离心洗涤3～5次，每次离心洗涤1～5min，然后将离心洗涤后 的Cu₂OCu_xS_y核壳结构晶体置于真空干燥箱中干燥2～5h，干燥温度为 30～60℃，最后得到纯净干燥的Cu₂OCu_xS_y核壳结构晶体；

步骤4：向步骤3得到的纯净干燥的Cu₂OCu_xS_y核壳结构中加入去离 子水，所加入的去离子水和Cu₂OCu_xS_y核壳结构的重量比为5∶1～200∶1，然 后用磁力搅拌器搅拌3～20min，得到Cu₂OCu_xS_y均匀分布的核壳结构悬浮 液；

步骤5：向步骤4得到Cu₂OCu_xS_y均匀分布的核壳结构悬浮液中加入 质量百分比为5～25％的氨水，加入氨水的体积和步骤4加入的去离子水的体 积比为1∶2～5∶1，然后静止放置0.01～100h，得到含有纳米孪晶结构的中空硫 化铜晶体初级产物；

步骤6：将步骤5得到的含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体初级产物 先用去离子水在6000rpm转速下离心洗涤3～5次，每次离心洗涤1～5min， 然后再用无水乙醇在6000rpm转速下离心洗涤2～5次，每次离心洗涤 1～5min，最后将离心洗涤后的含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体初级产物 置于真空干燥箱中干燥2～5h，干燥温度为30～60℃，即得到含有纳米孪晶结 构的中空硫化铜晶体。

步骤2所述的Cu₂O粉末的形态特征为立方体、八面体、十四面体、二 十六面体、五十面体或七十四面体。

步骤2所述的Cu₂O粉末的粒径为0.1～5.0μm。

本发明采用了一种低成本的、可控性和可操作性良好的原位牺牲Cu₂O 模板法，制备出的产物尺寸均匀、单分散性良好。经过X射线衍射和透射电 子显微镜分析得知所得产物硫化铜为中空结构，并且含有纳米孪晶结构。

具体实施方式

下面用实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例一

本实施例含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体的制备方法，包括以下步 骤：

步骤1：将Na₂S粉末0.05g、NaOH粉末0.001g与100mL无水乙醇混 合配制成溶液，然后利用磁力搅拌器对上述溶液进行搅拌5min；

步骤2：将形态为二十六面体、粒径为5.0μm、重量为0.2g Cu₂O粉末加 入步骤1所配混合溶液中，并搅拌0.01min，即可得到Cu₂OCu_xS_y核壳结构 晶体；

步骤3：将将步骤2得到的Cu₂OCu_xS_y核壳结构晶体先用无水乙醇在 6000rpm转速下离心洗涤3次，每次离心洗涤5min，然后将离心洗涤后的 Cu₂OCu_xS_y核壳结构晶体置于真空干燥箱中，在30℃温度下干燥5h，即得 到纯净干燥的Cu₂OCu_xS_y核壳结构晶体；

步骤4：向步骤3得到的纯净干燥的Cu₂OCu_xS_y核壳结构中加入去离 子水，所加入的去离子水和Cu₂OCu_xS_y核壳结构的重量比为5∶1，然后用磁 力搅拌器搅拌3min，得到Cu₂OCu_xS_y均匀分布的核壳结构悬浮液；

步骤5：向步骤4得到Cu₂OCu_xS_y均匀分布的核壳结构悬浮液中加入 质量百分比为5％的氨水，加入氨水的体积和步骤4加入的去离子水的体积 比为1∶2，然后静止放置0.01h，得到含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体初 级产物；

步骤6：将步骤5得到的含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体初级产物 先用去离子水在6000rpm转速下离心洗涤3次，每次离心洗涤5min，然后 再用无水乙醇在6000rpm转速下离心洗涤2次，每次离心洗涤5min，最后 将离心洗涤后的含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体初级产物置于真空干燥 箱中干燥2h，干燥温度为60℃，即得到各个表面均含有纳米孪晶结构的中空 二十六面体硫化铜晶体。

实施例二

本实施例含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体的制备方法，包括以下步 骤：

步骤1：将Na₂S粉末25.0g、NaOH粉末15.0g与250mL无水乙醇混 合配制成溶液，然后利用磁力搅拌器对上述溶液进行搅拌20min；

步骤2：将形态为立方体、粒径为0.1μm、重量为5.0g Cu₂O粉末加入步 骤1所配混合溶液中，并搅拌5h，即可得到Cu₂OCu_xS_y核壳结构晶体；

步骤3：将步骤2得到的Cu₂OCu_xS_y核壳结构晶体先用无水乙醇在6000 rpm转速下离心洗涤5次，每次离心洗涤1min，最后将Cu₂OCu_xS_y核壳结 构粉末置于真空干燥箱中，在温度60℃下干燥2h，即得到纯净干燥的 Cu₂OCu_xS_y核壳结构晶体；

步骤4：向步骤3得到的纯净干燥的Cu₂OCu_xS_y核壳结构中加入去离 子水，所加入的去离子水和Cu₂OCu_xS_y核壳结构的重量比为200∶1，然后用 磁力搅拌器搅拌20min，得到Cu₂OCu_xS_y均匀分布的核壳结构悬浮液；

步骤5：向步骤4得到Cu₂OCu_xS_y均匀分布的核壳结构悬浮液中加入 质量百分比为15％的氨水，加入氨水的体积和步骤4加入的去离子水的体积 比为2∶1，然后静止放置10h，得到含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体初级 产物；

步骤6：将步骤5得到的含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体初级产物 先用去离子水在6000rpm转速下离心洗涤5次，每次离心洗涤1min，然后 再用无水乙醇在6000rpm转速下离心洗涤5次，每次离心洗涤1min，最后 将离心洗涤后的含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体初级产物置于真空干燥 箱中干燥5h，干燥温度为30℃，即得到各个表面均含有纳米孪晶结构的中空 立方体硫化铜晶体。

实施例三

本实施例含有纳米孪晶结构的中空硫化铜粉末的制备方法，包括以下步 骤：

步骤1：将Na₂S粉末5.8g、NaOH粉末2.1g与150mL无水乙醇混合 配制成溶液，然后利用磁力搅拌器对上述溶液进行搅拌12min；

步骤2：将形态为八面体、粒径为1.0μm、重量为1.0g Cu₂O粉末加入步 骤1所配混合溶液中，并搅拌0.5h，即可得到Cu₂OCu_xS_y核壳结构晶体；

步骤3：将步骤2得到的Cu₂OCu_xS_y核壳结构晶体先用无水乙醇在6000 rpm转速下离心洗涤4次，每次离心洗涤3min，最后将Cu₂OCu_xS_y核壳结 构粉末置于真空干燥箱中，在温度40℃下干燥3h，即得到纯净干燥的 Cu₂OCu_xS_y核壳结构；

步骤4：向步骤3得到的纯净干燥的Cu₂OCu_xS_y核壳结构中加入去离 子水，所加入的去离子水和Cu₂OCu_xS_y核壳结构的重量比为100∶1，然后用 磁力搅拌器搅拌12min，得到Cu₂OCu_xS_y均匀分布的核壳结构悬浮液；

步骤5：向步骤4得到Cu₂OCu_xS_y均匀分布的核壳结构悬浮液中加入 质量百分比为25％的氨水，加入氨水的体积和步骤4加入的去离子水的体积 比为5∶1，然后静止放置100h，得到含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体初 级产物；

步骤6：将步骤5得到的含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体初级产物 先用去离子水在6000rpm转速下离心洗涤4次，每次离心3min，再用无水 乙醇在6000rpm转速下离心洗涤4次，每次离心3min，最后置于真空干燥 箱在温度范围50℃下干燥3h，即得到各个表面均含有纳米孪晶结构的中空八 面体硫化铜晶体。