[发明专利]一种黄铜矿结构3D-CuInS2及其制备方法

说明书

本发明提供了一种黄铜矿结构3D‑CuInS₂及其制备方法，先将铜源、铟源和配位剂加入溶剂中，混匀，再加入硫源，混匀后，加热反应；反应结束后冷却至室温，经离心分离、洗涤和干燥得到黄铜矿结构3D‑CuInS₂。与现有技术相比，本发明可以实现一步合成，材料的制备过程简单，操作简便；选择无毒、环境友好、具有强配位能力的组氨酸作为配位剂，可以制备出形貌、尺寸较均一的3D‑CuInS₂；得到的3D‑CuInS₂在有机溶剂中具有很好的分散性，将在太阳电池等领域具有很大的应用价值。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种黄铜矿结构3D-CuInS₂及其制备方法。

背景技术

三维(3D)微/纳米分级结构是由一维及二维纳米结构组装而形成的，由于其独特的结构特点，使其在太阳电池的应用中具有特殊的优势。如，微米材料中心的大空腔有利于入射光实现多次的反射及散射，有效地提高了光的利用效率；并且，它还可以提供直接的电子传输通道，使光生电子直接输运到收集电极上，减少电子的复合现象。

CuInS₂属于Ⅰ－Ⅲ－Ⅵ三元化合物，是直接带隙半导体材料，带隙为1.5eV, 吸收系数较大(α≈10⁵cm^-1)，被认为是太阳电池中最有效的光吸收材料。合成 3D-CuInS₂的一种方法是牺牲模板合成法，以CuS为模板，通过添加铟源，使CuS 分解后与In结合而转化形成CuInS₂。然而,该方法制备过程复杂，需要先合成CuS 模板，再进行二次反应得到CuInS₂。另一种方法是利用缓释的硫源(如硫脲、L- 半胱氨酸)，使其在反应过程中缓慢释放S^2-，再与金属离子结合，生成3D-CuInS₂。然而，该方法所合成的CuInS₂形貌、尺寸并不均一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种黄铜矿结构3D-CuInS₂，形貌、尺寸较均一。

本发明还提供了一种黄铜矿结构3D-CuInS₂的制备方法，使用无毒、环境友好的组氨酸作为配位剂，利用溶剂热法一步合成，制备方法简单，操作方便，无污染。

本发明提供的一种黄铜矿结构3D-CuInS₂的制备方法，包括以下步骤：

1)先将铜源、铟源和配位剂加入溶剂中，混匀，再加入硫源，混匀后，加热反应；

2)反应结束后冷却至室温，经离心分离、洗涤和干燥得到黄铜矿结构 3D-CuInS₂。

步骤1)中所述配位剂为组氨酸。组氨酸作为婴儿必需的氨基酸之一，无疑将具有无毒、环境友好等特点。尤其地，组氨酸除了含有氨基、羧基外，还含有咪唑环(其中包含两个N原子)这一强配位能力的基团。它作为配位能力最强的氨基酸之一，能与许多金属离子配位而形成复合物。本发明中，随着CuInS₂晶核的形成，组氨酸-金属离子复合物能缓慢释放出金属离子，实现CuInS₂在特定方向的组装，生成3D结构的材料。

步骤1)中铜源、铟源、配位剂和硫源的摩尔比为1：1：0.5-1:4，铜源在溶剂中的浓度为10-20mmol/L。