[发明专利]一种不同化学计量比的硫化铜纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，特别涉及一种制备不同化学计量比的硫化铜纳米粉体的方法，涉及到机械合金化技术。

背景技术

纳米材料相比于传统材料具有优异的磁、光、电、声及力学性能，越来越受到人们的关注。过渡金属硫化物是一类用途广泛的功能材料。纳米尺寸的硫化铜粉体粒径小、比表面积大，由于量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，其半导体纳米晶体在分子实体和微晶之间有传导电子的媒介作用，具有块体材料无法比拟的光电特性，硫化铜纳米粉体是一种重要的光电材料，在太阳能电池材料，光热转变的覆盖层，聚合物表面的导电层，光学过滤器，室温下的氨气传感器等领域中被广泛应用，同时在制备发光二极管，光催化和电化学电池方面也具有潜在的应用。 

不同化学计量比的硫化铜，按照通式Cu_2-xS（-0.5≤x≤1.5）存在一系列能够稳定存在的铜硫化合物，比如：富铜的Cu₂S，随着Cu缺位的增减逐渐出现Cu_1.96S，Cu_1.8S，Cu_1.75S，Cu_1.6S, Cu_1.4S以及CuS等一系列化合物。由于铜原子占位不同，这些化合物能形成具有包括属于立方晶系、正交晶系、六方晶系等不同的晶胞结构，其物理性质和化学性质也有所不同，禁带宽度根据x值变化，比如Cu₂S的禁带宽度是1.2 eV，Cu_1.8S的禁带宽度是1.5 eV，而CuS是禁带宽度是2 eV。可调控的禁带宽度对于光电方面的应用有着非常重要的意义。

目前制备硫化铜纳米粉体的方法有沉淀法、固相反应法、水热法、乳液法、模板法等。常新红等人（专利公开号：CN101798104A）先制备铜源分散溶液和硫源分散溶液，将制得的硫源分散溶液和铜源分散溶液均匀混合生成黑色沉淀，反应10～60min后将反应物送入离心机，分离出的沉淀物依次经过与蒸馏水、乙醇水溶液和无水乙醇先混匀再离心分离等步骤后，送入干燥箱干燥后制得硫化铜纳米粉末。该工艺需要制备前驱分散液，且分离步骤繁琐。马广跃等人（专利公开号：CN101367541）以离子液体为溶剂，用低温溶剂热方法合成纳米硫化铜，在[BMIM][BF₄] 或1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中，按照摩尔比添加硫脲和醋酸铜，然后在反应釜中于120度的温度下反应24小时，得到纳米尺寸的棒状硫化铜。该方法反应时间长，且使用的原料复杂、昂贵。总之，目前已有的合成硫化铜纳米粉体的方法存在以下缺点：原料昂贵，工艺繁琐，耗时长，产品难于分离，产率不高，而且这些制备方法只适合于制备某一种化学计量比，比如，CuS或者Cu₂S纳米粉体，很难有一种方法能够同时制备分属不同晶体类型的、不同化学计量比的一系列硫化铜纳米粉体。

发明内容

本发明提供的一种制备不同化学计量比硫化铜纳米粉体的方法，采用非平衡态的机械合金化法，以单质Cu粉和S粉为原料，通过原料的不同配比来控制所得产品的化学计量比，所需设备简单，时间短，产品无需分离，纯度高，产率高，适合大规模工业生产。

一种不同化学计量比的硫化铜纳米粉体的制备方法，其特征是：以金属单质铜粉（质量分数大于99.9%）和单质硫粉（质量分数大于99.8%）为原料，按照Cu_2-xS (-0.5≤x≤1.5)配比，在氩气气氛保护下，球磨转速100~425 rpm球磨5~600 min，可获得尺寸为1~500 nm的不同化学计量比的单相硫化铜均匀纳米粉体。

本发明采用机械合金化法，制备不同化学计量比的Cu_2-xS，纳米粉体，具有化学计量比可控，原料易得，设备简单，工艺流程短，耗时少，产率高的优点。

本发明的技术特征是：机械合金化非平衡态、快速合成不同化学计量比的硫化铜纳米粉体，无湿磨过程，无需分离，直接取料，产品纯度高，产率高。该方法能够简单、方便、快捷地制备出具有1~500 nm的不同化学计量比的硫化铜纳米粉体。

附图说明

图1：所制备的一种硫化铜纳米粉体的XRD图谱。

具体实施方式

实例1