一种在室温下铜基上快速生长硒化亚铜纳米片的制备方法与流程

本发明涉及纳米材料合成领域，具体地说，特别涉及一种在室温下铜基上快速生长硒化亚铜纳米片的制备方法。

背景技术：

近年来，cu-se体系由于其独特的物理化学性质而备受关注，根据cu和se的价态，可以组成很多种化合物，例如cu2se、cu2-xse、cu3se2、cu5se4等。作为一种典型的p型半导体材料，cu-se体系已经广泛应用于热电、太阳能电池、超离子导体等领域。为了合成具有独特形貌和晶体结构的cu-se体系，其合成方法也得到了广泛的探索。水热法、微波法、化学沉积法和牺牲模板法是制备cu-se系最典型的合成方法。pazhamalai(int.j.hydrogenenerg.41(2016)14830-14835)等采用水热法在铜箔集流体上原位合成cuse2纳米针，温度120℃，反应时间12h。li(solidstatesci.16(2013)125-129)等采用微波法制备硒化铜，探讨了不同微波时间下硒化铜的形貌和结构变化。zhou(j.electron.mater.43(2014)359-368)等以自制备的cu(oh)2纳米线为前驱体，合成了具有分级中空结构的cuse。tang(eur.ceram.soc.37(2017)4687-4692)等采用液相法合成了cu2sex块体材料，在623k下获得了目前报道的最高zt值为0.75。然而，这些合成方法需要较长的时间、较高的温度和复杂的过程。基于此，本发明通过在室温下铜基材料上快速合成cu2sex纳米片，优化了制备工艺，降低了反应温度，极大地缩短了反应时间，制备过程简单。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在室温下铜基上快速生长硒化亚铜纳米片的制备方法，并且本制备方法反应条件温和，在室温下即可合成，时间较短，成本低廉，制备过程简单。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种在室温下铜基上快速生长硒化亚铜纳米片的制备方法，其特征在于：按照如下步骤完成：

(1)、称取硒粉放入反应容器中，所述硒粉的质量为25mg～80mg；

(2)、称量水合肼与去离子水，加入步骤(1)的反应容器中，所述水合肼与去离子水的体积比为1:1至1:5；

(3)、将步骤(2)中得到的反应容器放入超声波设备或搅拌设备中，10～20分钟后取出；

(4)、裁剪面积为1～8cm²的铜基材料，用去离子水、无水乙醇超声洗涤15～30分钟，备用；

(5)、用浓度为1～3mol/l的稀盐酸浸泡步骤(4)所得铜基材料5～20分钟，取出并用去离子水清洗干净，置入步骤(3)的反应容器中；

(6)、将步骤(5)所得反应容器在室温下放置1～10分钟；

(7)、反应完毕后，将步骤(6)所得的产物从反应容器中取出，经清洗、干燥后，即得在铜基上生长的硒化亚铜纳米片。

采用上述技术方案，本发明以常规的硒粉作为原料，以水合肼和去离子水混合液为溶剂，在室温下合成出在铜基材料上生长的硒化亚铜纳米片。该方法因其合成温度低、时间短，而且是一步合成，容易实现合成过程的控制，生产成本低廉，适用于工业化生产。在制备过程中没有采用表面活性剂和有机助剂，经超纯水和无水乙醇清洗后的硒化亚铜纳米片表面清洁，能最大程度发挥其应有的功能。

作为优选：所述硒粉、水合肼和去离子水的比例为25mg～80mg:1～4ml:1～20ml。

所述步骤(1)中：所述反应容器由耐酸碱的材料制成。在上述技术方案中：所述反应容器为聚四氟乙烯容器或塑料容器或玻璃容器等。

所述步骤(3)中：所述超声波设备为超声波清洗器或超声波震荡器；所述搅拌设备为磁力搅拌器或机械搅拌器或人工搅拌。

所述步骤(4)中：所述铜基材料为铜片或铜箔或泡沫铜。

所述步骤(7)中：所述产物用去离子水或超纯水和无水乙醇冲洗，然后自然晾干或热烘干或真空干燥得到产品。

有益效果：本发明所采用的原料为廉价的硒粉、水合肼和去离子水，而且为一步合成，即原料和反应溶剂一次加入反应容器后在室温下静置反应，合成过程操作简单，反应条件温和。所得产物为在铜基材料上直接生长的硒化亚铜纳米片，形貌独特。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的在泡沫铜上生长的硒化亚铜纳米片的x射线衍射图谱；

图2是本发明实施例1制备的在泡沫铜上生长的硒化亚铜纳米片的低倍扫描电子显微镜图；

图3是本发明实施例1制备的在泡沫铜上生长的硒化亚铜纳米片的高倍扫描电子显微镜图；

图4是本发明实施例1制备的在泡沫铜上生长的硒化亚铜纳米片的能谱图；

图5是本发明实施例2制备的在泡沫铜上生长的硒化亚铜纳米片的低倍扫描电子显微镜图；

图6是本发明实施例2制备的在泡沫铜上生长的硒化亚铜纳米片的高倍扫描电子显微镜图；

图7是本发明实施例3制备的在铜片上生长的硒化亚铜纳米片的低倍扫描电子显微镜图；

图8是本发明实施例3制备的在铜片上生长的硒化亚铜纳米片的高倍扫描电子显微镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明：

实施例1：

(1)、称取40mg硒粉于10ml聚四氟乙烯容器中，备用；

(2)、称量2ml水合肼与5ml去离子水，加入步骤(1)的聚四氟乙烯容器中，备用；

(3)、将步骤(2)中得到的聚四氟乙烯容器放入超声波清洗器中，15分钟后取出；

(4)、裁剪1.5×2cm²泡沫铜，经去离子水、无水乙醇超声洗涤15分钟，2.4mol/l的稀盐酸浸泡15分钟后，置入步骤(3)的聚四氟乙烯容器；

(5)、将步骤(4)所得的聚四氟乙烯容器在室温下反应5分钟；

(6)、将步骤(5)所得的产物取出并经去离子水和无水乙醇清洗后，将产物置于真空干燥箱中室温干燥即得在泡沫铜上生长的硒化亚铜纳米片。

图1是本发明实施例1制备的在泡沫铜上生长的硒化亚铜纳米片的x射线衍射图谱，图谱中既有铜基底的衍射峰，也有硒化亚铜的衍射峰，说明本发明制备的产物确实是在铜基材料上生长的硒化亚铜。

图2是本发明实施例1制备的在泡沫铜上生长的硒化亚铜纳米片的低倍扫描电子显微镜图，从图中可以看出硒化亚铜纳米片分布均匀。

图3是本发明实施例1制备的在泡沫铜上生长的硒化亚铜纳米片的高倍扫描电子显微镜图，从图中可以看出硒化亚铜纳米片的厚度大约为15nm。

图4是本发明实施例1制备的在泡沫铜上生长的硒化亚铜纳米片的能谱图，说明产物所含有的元素有铜和硒。

实施例2：

(1)、称取40mg硒粉于10ml聚四氟乙烯容器中，备用；

(2)、称量1ml水合肼与5ml去离子水，加入步骤(1)的聚四氟乙烯容器中，备用；

(3)、将步骤(2)中得到的聚四氟乙烯容器放入超声波清洗器中，15分钟后取出；

(4)、裁剪1.5×2cm²泡沫铜，经去离子水、无水乙醇超声洗涤15分钟，2.4mol/l的稀盐酸浸泡15分钟后，置入步骤(3)的聚四氟乙烯容器中；

(5)、将步骤(4)所得的聚四氟乙烯容器在室温下反应1分钟；

(6)、将步骤(5)所得的产物取出并经去离子水和无水乙醇清洗后，将产物置于真空干燥箱中室温干燥即得在泡沫铜上生长的硒化亚铜纳米片。

图5是本发明实施例2制备的在泡沫铜上生长的硒化亚铜纳米片的低倍扫描电子显微镜图，从图中可以看出硒化亚铜纳米片均匀分布于铜基表面。

图6是本发明实施例2制备的在泡沫铜上生长的硒化亚铜纳米片的高倍扫描电子显微镜图，从图中可以看出硒化亚铜纳米片的厚度大约为16nm。

实施例3：

(1)、称取55mg硒粉于10ml烧杯中，备用；

(2)、称量2ml水合肼与5ml去离子水，加入步骤(1)的烧杯中，备用；

(3)、将步骤(2)中得到的烧杯放入超声波清洗器中，15分钟后取出；

(4)、裁剪1.5×2cm²铜片，经去离子水、无水乙醇超声洗涤15分钟，2.4mol/l的稀盐酸浸泡15分钟后，置入步骤(3)的烧杯中；

(5)、将步骤(4)所得的烧杯在室温下反应5分钟；

(6)、将步骤(5)所得的产物取出并经去离子水和无水乙醇清洗后，将产物置于空气中室温干燥即得在铜片上生长的硒化亚铜纳米片。

图7是本发明实施例3制备的在铜片上生长的硒化亚铜纳米片的低倍扫描电子显微镜图，从图中可以看出硒化亚铜纳米片均匀分布于铜基表面。

图8是本发明实施例3制备的在铜片上生长的硒化亚铜纳米片的高倍扫描电子显微镜图，从图中可以看出硒化亚铜纳米片的厚度大约为50nm。

实施例4：

(1)、称取25mg硒粉于10ml玻璃容器中，备用；

(2)、称量2ml水合肼与5ml去离子水，加入步骤(1)的玻璃容器中，备用；

(3)、将步骤(2)中得到的玻璃容器放入磁力搅拌器中进行搅拌，20分钟后取出；

(4)、裁剪直径为1.6cm的铜片，经去离子水、无水乙醇超声洗涤15分钟，2.4mol/l的稀盐酸浸泡15分钟后，置入步骤(3)的玻璃容器中；

(5)、将步骤(4)所得的玻璃容器在室温下反应1分钟；

(6)、将步骤(5)所得的产物取出并经去离子水和无水乙醇清洗后，将产物置于真空干燥箱中室温干燥即得在铜片上生长的硒化亚铜纳米片。

实施例5：

(1)、称取80mg硒粉于10ml塑料容器中，备用；

(2)、称量2ml水合肼与8ml去离子水，加入步骤(1)的塑料容器中，备用；

(3)、将步骤(2)中得到的塑料容器放入超声波清洗器中，15分钟后取出；

(4)、裁剪直径为1.6cm的铜箔，经去离子水、无水乙醇超声洗涤15分钟，2.4mol/l的稀盐酸浸泡15分钟后，置入步骤(3)的塑料容器中；

(5)、将步骤(4)所得的塑料容器在室温下反应10分钟；

(6)、将步骤(5)所得的产物取出并经去离子水和无水乙醇清洗后，将产物置于干燥箱中室温干燥即得在铜箔上生长的硒化亚铜纳米片。