[发明专利]尺寸可控的超细CuFeO2

说明书

本发明涉及一种尺寸可控的超细CuFeO₂纳米片及其制备和应用，纳米片具体制备过程为：(1)取硫酸亚铁铵或六水硫酸亚铁铵作为铁源，和二价铜源依次加入纯水中溶解，随后在搅拌条件下加入碱源形成混合溶液；(2)再将混合溶液转移至反应釜中进行溶剂热反应，所得反应沉淀经洗涤分离后，即得到超细CuFeO₂纳米片。与现有技术相比，本发明的原料成本更低廉，反应时间短、温度低，获得的CuFeO₂纳米颗粒尺寸更小，具有优异的物理化学性能等。

技术领域

本发明属于p型半导体纳米材料制备技术领域，涉及一种尺寸可控的超细 CuFeO₂纳米片的低温制备方法。

背景技术

CuFeO₂是由地球中储量丰富且无毒的铜、铁及氧元素组成，是一种环境友好的铜铁矿结构的p型窄带隙半导体材料，禁带宽度为1.3-2.1eV，具有良好的载流子迁移率、光学透明和抗菌性能等，被广泛应用于p型透明半导体、光催化、二极管和太阳能电池等领域。然而，目前存在的问题是：(1)要获得纯相的CuFeO₂材料需要很高的煅烧(反应)温度，能耗高、晶粒分散性差；(2)晶粒尺寸过大 (微米级别)，比表面积较小，无法充分凸显纳米材料的优势，限制了材料的应用范围。因此，采用低温方法制备超细CuFeO₂纳米颗粒具有重要意义。

CuFeO₂晶体具有ABO₂的铜铁矿结构，由二维密堆积的Cu⁺和Fe³⁺O₆八面体沿c轴交替堆跺而成。常规制备CuFeO₂晶体的方法是通过高温固相反应或溶胶凝胶结合高温烧结的方法：一般是将Cu₂O和Fe₂O₃混合，在900～1200℃高温下煅烧可以生成纯度较高的CuFeO₂晶体。但这种固相法的反应温度过高，制备得到的普遍是几十微米的大颗粒。近年来研究发现，采用水热工艺可大幅降低CuFeO₂纳米材料的反应温度。如2006年，W.C.Sheets等人采用Cu₂O和FeOOH为前驱反应物，利用水热法在210℃下反应60h制备出CuFeO₂晶体材料，虽然反应温度大幅降低，但是获得的颗粒仍然是微米级。2012年，Qiu等人利用九水硝酸铁和硝酸铜分别作铁源和铜源，以丙醛做还原剂，在180℃下反应24-60小时下制得菱方形CuFeO₂(Chem.Commun.,2012,48,7365–7367)，但该方法合成的CuFeO₂颗粒仍然较大，晶粒尺寸约4μm。2014年，Moharam等人用氯化亚铜和硝酸铁为铜源和铁源，在 280℃下经过不到96小时合成粒径1-5μm纯菱方形CuFeO₂。2015年，Xiong等人利用氯化亚铁和硝酸铜为铁源和铜源，在100-160℃下合成了CuFeO₂颗粒(D. Xiong,RSC Adv.,2015,5(61):49280-49286；专利授权公号:CN 104058461 B)，颗粒尺寸可进一步降低到300nm以下。但该方法所用的原料氯化亚铁价格较贵(国药集团化学试剂有限公司5g氯化亚铁需要438元)，所以也不适于大规模制备。

由此可以发现，采用低温水热法制备小粒径、高分散的CuFeO₂纳米颗粒仍是一个技术难题，通过控制前驱体浓度和反应温度来调控CuFeO₂纳米颗粒的尺寸更是困难，也没有相关报道。如果能实现结构可控的超细CuFeO₂纳米颗粒的宏量生产，则既能获得很高的经济效益，同时对CuFeO₂基催化剂材料、太阳能电池等领域的推动大有裨益。

发明内容