[发明专利]由纳米片构成的栗子状硫化铜空心微米球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机功能纳米结构材料的制备方法，特别涉及一种采用水热-反相微乳液-界面反应法制备由纳米片构成的栗子状硫化铜空心微米球的方法。

背景技术

硫化铜作为一种重要的P型半导体材料，具有优异的光、电、磁以及其它物理和化学性质，被广泛应用于太阳能电池装置、热电冷却材料、光催化、高容量锂离子电池阴极材料、微波保护涂层以及非线性光学材料等领域。近年来，纳米材料特别是由一维、二维纳米材料构筑成的具有特殊形貌的纳米结构由于具有优异的光学、电学、催化等性能以及在纳米器件上的潜在应用，引起了科技工作者的广泛关注。目前，利用模板法、超声波和微波辐射法、化学气相沉积法、水热法、溶剂热法、生物分子辅助法等方法成功制备了各种形貌的硫化铜纳米结构材料，但这些方法或存在工艺复杂、难以实现工业化生产，或存在产品粒子形貌尺寸难以精确控制、产品质量差，或存在产品纯度低、生产成本高等缺陷。因而，寻求简单、便利和易于工业化生产的方法来合成各种形貌和尺寸的纳米结构材料引起了人们的极大兴趣。若将模板法中的软模板法即反相微乳液法与水热法相结合，同时引入界面反应，就能将反相微乳液法的优点(易调控产品形貌)与水热法的优点(反应活性高、产品结晶度较高)结合起来，同时，通过界面反应使反应在反相微乳液水核的油/水界面上进行使产品具有空心结构，并利用硫化铜六角相晶体结构易形成片状形貌的特点，从而制备出结晶良好、形貌尺寸大小可控、具有空心结构的由纳米片构成的硫化铜微米球超结构。即通过改变反相微乳液中水与表面活性剂的物质的量之比值ω、助表面活性剂与表面活性剂的物质的量之比值P、反应温度、反应时间以及反应物浓度等因素控制微米球的尺寸大小和形貌；利用水热法较高的反应温度使制得的微米球具有较高的结晶度，并使反应物具有高的反应活性；利用界面反应，使反应在反相微乳液滴的油/水界面上进行，生成的晶体在界面上组装而制备出空心结构的产品。目前，国内外以可溶性的铜盐、乙二胺(en)、CS₂为原料，用水热-反相微乳液-界面反应法来制备由纳米片构成的栗子状硫化铜空心微米球的方法还未见文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种尺寸和形貌可控、分散性良好而没有团聚的由纳米片构成的栗子状硫化铜空心微米球的制备方法。

本发明的目的是通过如下方式实现的：一种由纳米片构成的栗子状硫化铜空心微米球的制备方法：

(a)将可溶性的铜盐用去离子水溶解，加入乙二胺，可溶性铜盐中的Cu²⁺与乙二胺的物质的量之比值为1∶2～3，再用去离子水稀释成0.3～0.8mol/L的[Cu(en)₂]²⁺溶液；

(b)将表面活性剂、助表面活性剂和油相与[Cu(en)₂]²⁺溶液混合，助表面活性剂与表面活性剂的物质的量之比值P为4～5，[Cu(en)₂]²⁺溶液中水与表面活性剂的物质的量之比值ω为20～40，油相的体积为表面活性剂与助表面活性剂体积之和的6～10倍；加热至40～50℃，然后强烈磁力搅拌10～30分钟，得均匀的含[Cu(en)₂]²⁺的反相微乳液；

(c)在含[Cu(en)₂]²⁺的反相微乳液中加入CS₂，CS₂的物质的量为乙二胺的1.5～2.0倍，搅拌均匀，得混合液；然后，将混合液注入带有聚四氟乙烯内衬反应釜中，于110～130℃反应6～24小时；

(d)反应结束后，自然冷却至室温，然后离心分离，得黑色沉淀；将黑色沉淀用无水乙醇和去离子水交替超声洗涤，洗去沉淀表面吸附的有机溶剂和其它杂质后，于恒温干燥箱中干燥即得到由纳米片构成的栗子状硫化铜空心微米球。

所述的可溶性铜盐是氯化铜、硫酸铜、硝酸铜或醋酸铜。

所述的表面活性剂是辛基酚聚氧乙烯(9)醚(Triton X-100)、烷基酚聚氧乙烯(10)醚(OP-10)或壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)。

所述的助表面活性剂是正己醇、正丁醇、正辛醇或正戊醇。

所述的油相是环己烷、异辛烷、正辛烷或庚烷。

所制得的栗子状硫化铜微米球的直径为0.5～0.9μm，具空心结构，晶体结构为六角相，且微米球是由长50～190nm、宽10～20nm、厚2～4nm的纳米片组装而成的，纳米片为单晶结构。