[发明专利]一种小尺寸多元过渡金属硫化物/炭黑粉纳米复合材料的制备方法

说明书

一种小尺寸多元过渡金属硫化物/炭黑粉纳米复合材料的制备方法，它涉及一种多元过渡金属硫化物纳米复合材料的制备方法。本发明的目的是要解决现有纳米Cusubgt;2/subgt;NiSnSsubgt;4/subgt;生产成本高，操作繁琐，粒径大小不均匀且难以控制和吸波性能差的问题。方法：一、制备表面活性剂溶液；二、制备前驱体溶液；三、添加炭黑；四、水热反应；五、分离、提取和烘干，得到小尺寸多元过渡金属硫化物/炭黑粉纳米复合材料。本发明制备Cusubgt;2/subgt;NiSnSsubgt;4/subgt;纳米粒子尺寸在5‑70纳米，并未发生团聚现象。本发明制备小尺寸多元过渡金属硫化物/炭黑粉纳米复合材料的方法适合工业化生产。本发明可获得一种小尺寸多元过渡金属硫化物/炭黑粉纳米复合材料。

技术领域

本发明涉及一种多元过渡金属硫化物纳米复合材料的制备方法。

背景技术

Cu₂NiSnS₄(Copper Nickel Tin sulfur)是一种由Cu、Ni、Sn元素与S元素在特定反应条件生成的一种多元过渡金属硫化物。由于其具有典型的p型半导体材料的特征而在表现出优良的电学性能、催化性能以及晶体的各向异性，已受到新材料先端领域的广泛关注。特别在新型太阳能材料与半导体材料领域发挥至关重要的作用，因此Cu₂NiSnS₄有望成为一种新型高效能量转化材料。Cu₂NiSnS₄是一类间隙化合物，由于Ni元素的加入，外层电子受到外界磁场作用时，将表现出不同寻常的磁矩变化而表现出良好的介电损耗和磁损耗能力而被应用在电磁能量转换领域。综上所述，该多元过渡金属硫化物在光电磁应用领域具有潜在的应用价值。

目前对于Cu₂NiSnS₄纳米材料的有关报道揭示了其优良的电学性能。Sarkar S等人(Materials Letters,2015,152:155-158)制备了微米级Cu₂NiSnS₄材料，并利用实验论证了Cu₂NiSnS₄是一种p型半导体，凭借材料本身的空穴，表现出良好的电学性能，由于没有很好的控制制备过程而出现了大面积且团聚现象，可能是影响电化学性能没有达到更高数值的主要原因。Yuan S等人(ACS applied materialsinterfaces,2016,8(14):9178-9184)报道了他们利用水热法制备了一种花状的Cu₂NiSnS₄团簇，测试分析发现其可逆容量为837mAhg^-1。同时，作为一种电极材料它具有良好的循环稳定性与速率。这些性能印证了该材料优秀的电化学性能，而对于电能储存与释放的规律也揭示了该材料在受到外来电场的影响下，可能在其表面发生较强的介电弛豫现象。另一方面，Yang等人(Materials Letters166(2016):101-104)利用电沉积法制备了Cu₂NiSnS₄粉体。揭示了其在5K温度下表现出超顺磁性，在300K温度下表现出顺磁性，这有可能与晶体中Ni-Ni之间的距离有关。这一报道进一步解释了该材料在磁学性能上的潜力，同样也证明了该材料可能对外来磁场产生影响，但其制备方法繁琐，材料样品颗粒过大，若将Cu₂NiSnS₄颗粒控制在纳米级，这将进一步提高该材料的磁学性能。中国专利《一种铜镍锡硫纳米晶的制备方法》(公开号：CN109956504A)提出利用球磨法制备Cu₂NiSnS₄纳米晶体，分别将含有铜、镍、锡和硫的化合物按一定比例混合，通过球磨、退火和煅烧等工艺，成功制备出Cu₂NiSnS₄纳米晶体。该方法随工艺简单，产量较大，但其最终成品颗粒尺寸难以调控，可能出现颗粒形貌不均匀的问题，难以应用于对纳米粒子要求较高的精密仪器。Wang等人(Materials Letters,2014,124:148-150.)提出一种以乙烯醇为溶剂，利用溶剂热法制备Cu₂NiSnS₄纳米颗粒的方法并成功制备出颗粒大小均匀的花状Cu₂NiSnS₄颗粒。虽然此法解决了粒径不均匀的问题，但由于溶剂热的成本过高，并不适合工业化生产。Cu₂NiSnS₄纳米颗粒是一种具有优秀的光电性能、磁学性能的半导体材料，被广泛应用于转化效率要求较高的光电能量转化仪器上。目前大多专利涉及该材料太阳能转化的应用，对其电磁吸收潜能的应用还报道较少。一方面是由于该材料本身能带的限制，对于能量较高的电磁波吸收转化能力并不理想，且在吸收过程中产生的热能会影响材料本身的性能。另一方面，目前Cu₂NiSnS₄纳米颗粒的主流制备方法还存在操作繁琐、成本较高和颗粒尺寸难以控制等缺点，使得该材料较难大规模应用于现有的仪器设备上。