[发明专利]一种快速高效制备硫化铜纳米薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机材料领域，特别涉及一种快速高效制备硫化铜纳米薄膜的液相方法。

背景技术

金属硫化物具有优异的光电磁性能和催化性能，成为无机材料领域中的研究热点。特别是硫化铜，自从1954年发明硫化镉与硫化铜异质结太阳能电池以来日益引人注目。硫化铜是一个非常复杂的体系，存在许多不同配比的物相组成，如铜蓝(CuS)，斜方蓝辉铜矿(Cu_1.7S)，蓝辉铜矿(Cu_1.8S)，久辉铜矿(Cu_1.95S)及辉铜矿(Cu₂S)。硫化铜有不同的晶体结构，如六方，斜方，准立方及正方晶系，因此，控制反应过程，制备单一物相的硫化铜是很有意义的，但也是一个很大的挑战。

硫化铜具有无毒和价格便宜的优点，是一种重要的过渡金属硫化物, 具有良好的催化活性、可见光吸收、光致发光、三阶非线性极化率和三阶非线性响应速度等性能, 在太阳能电池、光电转换开关、气敏传感器等领域具有广阔的工业应用前景。而且，由于量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应, 硫化铜纳米晶材料具有块体材料无法比拟的光电特性、催化能力、高电导率和高能电容特性而成为国内外的研究热点之一。

目前制备硫化铜薄膜的方法主要有化学气相沉积法(例如Phase-Controlled Deposition of Copper Sulfide Thin Films by Using Single-Molecular Precursors. European Journal of Inorganic Chemistry, 2014, 3, 533.)、电化学沉积（Growth of single-crystal copper sulfide thin films via electrodeposition inionic liquid media for lithium ion batteries, Journal of Material Chemistry, 2012,22, 5295.）、连续离子层吸附反应法、溶胶-凝胶法(例如微波水热辅助溶胶-凝胶法制备硫化铜薄膜的方法, CN 201110375910.4.)、化学浴沉积法(例如一种低温快速沉积硫化铜纳米薄膜的方法， CN 200910088841.1.)等。然而这些方法通常需要昂贵的仪器、严格的实验条件、和/或者较长的反应时间。因此，寻找一种低成本、简易、高效的制备技术，对于硫化铜薄膜在半导体和光电子领域大规模应用是极为重要和迫切的。

最近发展的单源前驱体原位分解法，可以高效快速的制备纳米薄膜。例如，二乙基二硫代氨基甲酸盐前驱体可以直接在衬底上生成金属硫化物纳米结构薄膜(例如J. Mater. Chem. 2010, 20,6612-6617. Synthesis of metal sulfide nanomaterials via thermal decomposition of single-source precursors)。然而，这种方法需要在惰性气氛下加热到250以上分解前驱体。因此，寻找新的可低温分解的前驱体将可以快速而高效的制备硫化铜薄膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以在空气中低温分解单源前驱体制备硫化铜纳米薄膜或颗粒层的方法，实现无机薄膜的简易高效制备，更易于大规模生产和应用。

本发明具体的技术方案如下：

(1) 合成单源前驱体：采用沉淀法合成单源黄原酸铜前驱体；

(2) 制备前驱体溶液：将单源黄原酸铜前驱体溶解在吡啶或含吡啶基团溶剂中，制备出均匀的浓度为0.01-2.5g/ml的黄原酸铜前驱体溶液；

(3) 制备硫化铜薄膜：将黄原酸铜前驱体溶液涂覆到清洗好的衬底上形成前驱体薄膜，然后经过一定温度、时间和气氛的退火，就可得到硫化铜薄膜或颗粒层。

所述黄原酸铜前驱体为不同链长的烷基，即乙基黄原酸铜、丙基黄原酸铜、异丙基黄原酸铜、丁基黄原酸铜、异丁基黄原酸铜、叔丁基黄原酸铜、戊基黄原酸铜、异戊基黄原酸铜和叔戊基黄原酸铜中的一种或几种。