专利名称：一种微波水热制备Cu<sub>1.8</sub>S纳米线的方法
一种微波水热制备Cu1.8S纳米线的方法技术领域
本发明属于半导体材料硫化铜的制备方法，具体涉及一种微波水热制备cUl.8s纳米线的方法。
背景技术：
近年来由于过渡金属硫化物在半导体、发光装置及超导等方面具有潜在的应用价值而受到科研工作者的极大兴趣。硫化铜是很重要的P型半导体，其中Cu2S的带隙能为 1. 2eV, Cul8S为1. 5eV, CuS为2. OeV,由于其具有优异的传导性、电学、光学性质，被广泛地应用在热电偶、滤光器、太阳能电池、传感器和催化等领域。迄今为止，已成功合成多种形貌的硫化铜，例如纳米盘状，空心球状，花状和管状等特定形貌。
目前制备硫化铜的方法主要超声电化学法[Yixin Zhao, Hongcheng Pan, et al.Plasmonic Cu2_xS Nanocrystals Optical and Structural Properties of Copper-Deficient Copper (I)Sulfides[J]. J. AM. CHEM. S0C,2009, 131 :4253-4261]、J-B^HWi [Μ. Ali Yildirim, Aytunc Ates, Aykut Astam. Annealing and Light Effect on Structural, Optical and Electrical Properties of CuS, CuZnS and ZnS Thin Films Grown by the SILAR Method[J]· Physica. E，2009，41 :1365-1372.]、水热法[Ai-Miao Qin, Yue-Ping Fang, et al. Formation of Various Morphologies of Covellite Copper Sulfide Submicron Crystals by a Hydrothermal Method without Surfactant [J], Crystal Growth & Design，2005，5 :855-860.]、原子层沉积法和化学气相沉禾只法[Liesbeth Reijnen, Ben Meester, et al. Comparison of CuxS Films Grown by Atomic Layer Deposition andChemical Vapor Deposition[J]. Chem. Mater. ,2005,17 2724-2728]。然而这些方法通常需要特殊的仪器，或者需要严格的实验条件和比较长的反应时间，而且由于在合成硫化铜的过程中有大量的H2S气体生成，如反应在敞开体系中进行，则不可避免地会对环境造成一定的污染。因此寻找一种易于操作，环境友好和成本低廉的方法显得颇为重要。发明内容
本发明的目的是提出一种微波水热制备CUl.8S纳米线的方法。该制备方法反应周期短、反应温度低，环境友好，成本低廉，并且操作简单，重复性好。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是
1)将分析纯的可溶性铜盐加入到去离子水中，制成Cu2+浓度为0. Olmol/ L-2. Omol/L的透明溶液A;
2)向A溶液中加入分析纯的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩尔比为1 1 5得溶液B;
3)向B溶液中加入分析纯的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的浓度为 0. 01-0. 10g/mL,形成前驱物溶液C ；
4)向前驱物溶液C中加入NaOH溶液调节pH值为4 7得溶液D ；5)将溶液D倒入微波水热反应釜中，填充度为50% -80%，然后密封反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中，选择温控模式或者压控模式进行反应，所述的温控模式的温度控制在100-200°C，压控模式的水热压力控制在0. l-3Mpa,反应5min-80min，反应结束后自然冷却到室温；6)打开水热反应釜，产物经过离心收集，然后分别用去离子水，无水乙醇洗涤，于真空干燥箱中在40-80°C干燥得到最终产物CUl.8S纳米线。所述的可溶性铜盐为硝酸铜或硫酸铜。所述的NaOH溶液的浓度为1. 25mol/L。本发明采用简单的微波水热法制备工艺，反应周期短，能耗低，反应在液相中一次完成，不需要后期处理。
图1是本发明实施例1所制备的CUl.8S纳米线的X-射线衍射(XRD)图谱；图2是本发明实施例1制备的Cu1.8S纳米线的SEM照片。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1 1)将分析纯的三水合硝酸铜Cu(NO3)2 · 3H20加入到去离子水中，制成Cu2+浓度为 0. 04mol/L的透明溶液A ；2)向A溶液中加入分析纯的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩尔比为1 2得溶液B;3)向B溶液中加入分析纯的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的浓度为0. 03g/mL, 形成前驱物溶液C ；4)向前驱物溶液C中加入浓度为1. 25mol/L的NaOH溶液调节pH值为4得溶液 D ；5)将溶液D倒入微波水热反应釜中，填充度为50%，然后密封反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中，选择温控模式在180°C，反应lOmin，反应结束后自然冷却到室6)打开水热反应釜，产物经过离心收集，然后分别用去离子水，无水乙醇洗涤，于真空干燥箱中在40°C干燥得到最终产物CUl.8S纳米线。将所得的CuS粒子用日本理学D/maX2000PCX-射线衍射仪分析样品，发现产物为 CuL8S(JCPDS 47-1748)，见图1。将该样品用日本公司生产的JSM-6390A型扫描电子显微镜进行观察，从图2中可以看出所制备的CuS纳米线，直径约为300-600nm，并呈缠绕状。实施例2 1)将分析纯的五水合硫酸铜(CuSO4 · 5H20)加入到去离子水中，制成Cu2+浓度为 0. 25mol/L的透明溶液A ；2)向A溶液中加入分析纯的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩尔比为1 3得溶液B;
3)向B溶液中加入分析纯的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的浓度为0. 04g/mL, 形成前驱物溶液C ；
4)向前驱物溶液C中加入浓度为1. 25mol/L的NaOH溶液调节pH值为5得溶液 D ；
5)将溶液D倒入微波水热反应釜中，填充度为60 %，然后密封反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中，选择温控模式在150°C，反应20min，反应结束后自然冷却到室
6)打开水热反应釜，产物经过离心收集，然后分别用去离子水，无水乙醇洗涤，于真空干燥箱中在60°C干燥得到最终产物CUl.8S纳米线。
实施例3
1)将分析纯的三水合硝酸铜Cu(NO3)2 · 3H20加入到去离子水中，制成Cu2+浓度为 O.Olmol/L的透明溶液A;
2)向A溶液中加入分析纯的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩尔比为1 1得溶液B;
3)向B溶液中加入分析纯的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的浓度为0. 01g/mL, 形成前驱物溶液C ；
4)向前驱物溶液C中加入浓度为1. 25mol/L的NaOH溶液调节pH值为6得溶液 D ；
5)将溶液D倒入微波水热反应釜中，填充度为70%，然后密封反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中，选择温控模式在100°c，反应80min，反应结束后自然冷却到室温；
6)打开水热反应釜，产物经过离心收集，然后分别用去离子水，无水乙醇洗涤，于真空干燥箱中在80°C干燥得到最终产物CUl.8S纳米线。
实施例4
1)将分析纯的五水合硫酸铜(CuSO4 · 5H20)加入到去离子水中，制成Cu2+浓度为 0. 8mol/L的透明溶液A;
2)向A溶液中加入分析纯的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩尔比为1 5得溶液B;
3)向B溶液中加入分析纯的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的浓度为0. 05g/mL, 形成前驱物溶液C ；
4)向前驱物溶液C中加入浓度为1. 25mol/L的NaOH溶液调节pH值为7得溶液 D ；
5)将溶液D倒入微波水热反应釜中，填充度为80%，然后密封反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中，选择温控模式在200 V，反应5min，反应结束后自然冷却到室
6)打开水热反应釜，产物经过离心收集，然后分别用去离子水，无水乙醇洗涤，于真空干燥箱中在50°C干燥得到最终产物CUl.8S纳米线。
实施例5
1)将分析纯的三水合硝酸铜Cu(NO3)2 · 3H20加入到去离子水中，制成Cu2+浓度为 1.2mol/L的透明溶液A;2)向A溶液中加入分析纯的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩尔比为1 4得溶液B;3)向B溶液中加入分析纯的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的浓度为0. 08g/mL, 形成前驱物溶液C ；4)向前驱物溶液C中加入浓度为1. 25mol/L的NaOH溶液调节pH值为7得溶液 D ；5)将溶液D倒入微波水热反应釜中，填充度为80 %，然后密封反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中，选择压控模式进行反应，压控模式的水热压力控制在0. IMpa,反应70min，反应结束后自然冷却到室温；6)打开水热反应釜，产物经过离心收集，然后分别用去离子水，无水乙醇洗涤，于真空干燥箱中在70°C干燥得到最终产物CUl.8S纳米线。实施例6 1)将分析纯的五水合硫酸铜(CuSO4 · 5H20)加入到去离子水中，制成Cu2+浓度为 1.6mol/L的透明溶液A;2)向A溶液中加入分析纯的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩尔比为1 3. 5得溶液B;3)向B溶液中加入分析纯的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的浓度为0. 06g/mL, 形成前驱物溶液C ；4)向前驱物溶液C中加入浓度为1. 25mol/L的NaOH溶液调节pH值为5得溶液 D ；5)将溶液D倒入微波水热反应釜中，填充度为70%，然后密封反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中，选择压控模式进行反应，压控模式的水热压力控制在1. 5Mpa，反应50min，反应结束后自然冷却到室温；6)打开水热反应釜，产物经过离心收集，然后分别用去离子水，无水乙醇洗涤，于真空干燥箱中在60°C干燥得到最终产物CUl.8S纳米线。实施例7:1)将分析纯的三水合硝酸铜Cu(NO3)2 · 3H20加入到去离子水中，制成Cu2+浓度为 2. Omol/L的透明溶液A;2)向A溶液中加入分析纯的硫脲(SC (NH2) 2)，使得溶液中Cu2+/SC (NH2) 2的摩尔比为1 2. 5得溶液B;3)向B溶液中加入分析纯的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的浓度为0. lg/mL, 形成前驱物溶液C ；4)向前驱物溶液C中加入浓度为1. 25mol/L的NaOH溶液调节pH值为6得溶液 D ；5)将溶液D倒入微波水热反应釜中，填充度为60 %，然后密封反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中，选择压控模式进行反应，压控模式的水热压力控制在3Mpa，反应 30min,反应结束后自然冷却到室温；
6)打开水热反应釜，产物经过离心收集，然后分别用去离子水，无水乙醇洗涤，于真空干燥箱中在50°C干燥得到最终产物CUl.8S纳米线。
权利要求
1.一种微波水热制备cUl.8s纳米线的方法，其特征在于1)将分析纯的可溶性铜盐加入到去离子水中，制成Cu2+浓度为0.Olmol/L-2. Omol/L的透明溶液A;2)向A溶液中加入分析纯的硫脲(SC(NH2)2)，使得溶液中Cu2+/SC(NH2)2的摩尔比为 1 1 5得溶液B;3)向B溶液中加入分析纯的聚乙二醇(PEG)，使得溶液中PEG的浓度为0.01-0. IOg/ mL，形成前驱物溶液C;4)向前驱物溶液C中加入NaOH溶液调节pH值为4 7得溶液D；5)将溶液D倒入微波水热反应釜中，填充度为50%-80%，然后密封反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中，选择温控模式或者压控模式进行反应，所述的温控模式的温度控制在100-200°C，压控模式的水热压力控制在0. l-3Mpa，反应5min_80min，反应结束后自然冷却到室温；6)打开水热反应釜，产物经过离心收集，然后分别用去离子水，无水乙醇洗涤，于真空干燥箱中在40-80°C干燥得到最终产物CUl.8S纳米线。
2.根据权利要求1所述的微波水热制备CUl.8S纳米线的方法，其特征在于所述的可溶性铜盐为硝酸铜或硫酸铜。
3.根据权利要求1所述的微波水热制备CUl.8S纳米线的方法，其特征在于所述的 NaOH溶液的浓度为1. 25mol/L。
全文摘要
一种微波水热制备Cu1.8S纳米线的方法，将可溶性铜盐加入到去离子水中得溶液A；向A溶液中加入硫脲得溶液B；向B溶液中加入聚乙二醇形成前驱物溶液C；向前驱物溶液C中加入NaOH调节pH值为4～7得溶液D；将溶液D倒入微波水热反应釜中，然后密封反应釜，将其放入温压双控微波水热反应仪中，选择温控模式或者压控模式进行反应，反应结束后自然冷却到室温；打开水热反应釜，产物经过离心收集，然后分别用去离子水，无水乙醇洗涤，干燥得到最终产物Cu1.8S纳米线。本发明采用简单的微波水热法制备工艺，反应周期短，能耗低，反应在液相中一次完成，不需要后期处理。
文档编号C01G3/12GK102502776SQ201110375840
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者吴建鹏, 张培培, 曹丽云, 黄剑锋, 齐慧 申请人:陕西科技大学