一种光学性质可调的CuAlO2粉末材料的制备方法

本发明涉及金属氧化物材料制备，尤其涉及一种光学性质可调的cualo2粉末材料的制备方法。

背景技术：

1、在特定的应用中，功能技术的核心在于半导体材料应当具有合适的带隙和带边位置。铜铁型abo2化合物具有电学和光学性质可调以及导电性和光学透明度相结合的独特优势，这使得它在光催化剂、微电子器件、光伏材料和透明导电氧化物等多个光电功能领域都存在着巨大的应用潜质。近年来，铜铁矿型abo2化合物的研究结果表明它可以作为降解水中有机污染物的有效光催化剂。

2、作为铜铁矿型abo2化合物家族中最早被开发出来的铜铁矿类透明导电氧化物薄膜，cualo2时代应用领域对材料的透明性、功率效率和电路复杂度都有了更高的需求，开发铜铁型cualo2功能材料是一个拥有潜力的促进因素。与此同时，独特的准二维层状超晶体结构使其具备合适的载流子快速传输通道，从而使光生电子或光生空穴能够得到快速的迁移。但是，存在主要问题就是光谱响应范围窄限制了它在光电功能材料领域的应用。因此，铜铁矿型cualo2具有理想光电功能材料的潜在优势，在上述光电技术领域中都已经有了相关的应用报道。目前，仅有文献【brahimi r,bessekhouad y,bouguelia a,trari m,journal of photochemistry and photobiology a:chemistry,2007,186(2):242-7.】报道通过cualo2/tio2形成异质结实现在可见光制氢中的应用。然而，通过简单地手段(调控氧分压)实现对铜铁矿型cualo2材料可见光响应的调节，从而应用于光电技术领域中还未见相关报道。

3、现有技术中，有效实现可见光响应的方式主要是依靠与窄带隙材料形成异质结。然而，在形成异质结时即保证铜铁矿型cualo2实现宽光谱响应有保证氧化还原能力及量子转换效率不受负面影响是有一定难度的，且制备可见光响应宽带隙粉末材料时易发生相变、不可控或异质结界面接触不良的技术问题。

4、鉴于以上情况，有必要研究一种光学性质可控的铜铁矿型cualo2粉末材料的制备方法以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种光学性质可调的cualo2粉末材料的制备方法，旨在实现对铜铁矿型cualo2材料可见光响应的调节。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种光学性质可调的cualo2粉末材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)称取氧化亚铜粉末和氧化铝粉末，在无水乙醇介质下，将氧化亚铜粉末和氧化铝粉末研磨至充分混合均匀，获得混合粉末a；

5、(2)将步骤(1)中的所述混合粉末a放入压片机中进行压制，待压片结束后，获得压制成型的片状a；

6、(3)将步骤(2)中的所述片状a放入坩埚中并转移至气氛炉内，向气氛炉通入惰性气体和氧化性气体进行高温固相烧结反应，待反应结束后将烧结产物冷却并研磨，获得粉末反应产物b；

7、(4)将步骤(3)中的所述粉末反应产物b重复步骤(3)直至高温固相烧结反应产物颜色均匀，获得反应完全的粉末产物c；

8、(5)将步骤(4)中的反应完全的粉末产物c中加入洗涤液进行离心洗涤，获得沉淀物，即获得光学性质可调的铜铁矿型cualo2粉末材料。

9、优选地，步骤(1)中所述氧化亚铜粉末和氧化铝粉末的摩尔比为1:1，所述氧化亚铜粉末和氧化铝粉末的纯度≥97％。

10、优选地，步骤(1)中所述压片为放入压片机中进行压片，所述压片机的压力为5-10mpa，压片时间为5-10min。

11、优选地，步骤(3)中所述惰性气体为氩气、氮气中的一种；所述氧化性气体为高纯氧气；所述惰性气体与氧化性气体的比例为(100-60):(0-40)。

12、需要说明的是，以下提及的氧分压为：惰性气体和氧化性气体的占比，例如氩气90％、氧气10％，则氧分压为10％。

13、优选地，步骤(3)中所述坩埚为氧化铝坩埚；所述高温固相烧结反应的温度为1050-1200℃，反应时间为12-36小时。

14、优选地，步骤(4)中所述重复次数为2-4次。

15、优选地，骤(5)中所述洗涤液为去离子水、10％的酸性溶液、无水乙醇；所述离心洗涤为使用去离子水、10％的酸性溶液、无水乙醇交替洗涤4-6次；所述酸性溶液为硫酸、硝酸和盐酸中的一种。

16、优选地，步骤(5)中所述干燥温度为50-80℃，所述干燥时间为10-15小时。

17、优选地，步骤(5)中所述光学性质可调的铜铁矿型cualo2粉末材料可见光响应强度的吸收范围及强度通过气氛炉内的温度、惰性气体和氧化性气体的占比进行调控；所述cualo2粉末材料在可见光区域的最强吸收峰强度在0.1-1.0a.u.内调控。

18、本发明的有益效果在于：

19、1、本发明通过调控高温固相烧结反应的气氛和退火条件，利用不同氧分压(惰性气体和氧化性气体的占比)气氛下高温就能获得了一系列可见光响应强度可控的铜铁矿型cualo2粉末材料，克服了现在技术中制备可见光响应宽带隙粉末材料易发生相变、不可控或异质结界面接触不良的问题。

20、2、本发明通过控制气氛炉高温固相合成温度和氧分压制备出响应可见光的铜铁矿型cualo2粉末材料，该材料具有可见光吸收强度可控、高纯单相、结晶性良好等特点。

21、3、本发明提供的制备工艺具有方法简单、参数易于控制、绿色环保、产率高、快速、成本低等优点，可广泛用于铜铁矿型cual o2基新型光电功能材料的制备。

技术特征：

1.一种光学性质可调的cualo2粉末材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种光学性质可调的cualo2粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述氧化亚铜粉末和氧化铝粉末的摩尔比为1:1，所述氧化亚铜粉末和氧化铝粉末的纯度≥97％。

3.根据权利要求1所述的一种光学性质可调的cualo2粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述压片为放入压片机中进行压片，所述压片机的压力为5-10mpa，压片时间为5-10min。

4.根据权利要求1所述的一种光学性质可调的cualo2粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述惰性气体为氩气、氮气中的一种；所述氧化性气体为高纯氧气；所述惰性气体与氧化性气体的比例为(100-60):(0-40)。

5.根据权利要求4所述的一种光学性质可调的cualo2粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述坩埚为氧化铝坩埚；所述高温固相烧结反应的温度为1050-1200℃，反应时间为12-36小时。

6.根据权利要求1所述的一种光学性质可调的cualo2粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述重复次数为2-4次。

7.根据权利要求1所述的一种光学性质可调的cualo2粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述洗涤液为去离子水、10％的酸性溶液、无水乙醇；所述离心洗涤为使用去离子水、10％的酸性溶液、无水乙醇交替洗涤4-6次；所述酸性溶液为硫酸、硝酸和盐酸中的一种。

8.根据权利要求7所述的一种光学性质可调的cualo2粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述干燥温度为50-80℃，所述干燥时间为10-15小时。

9.根据权利要求1所述的一种光学性质可调的cualo2粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述光学性质可调的铜铁矿型cualo2粉末材料可见光响应强度的吸收范围及强度通过气氛炉内的温度、惰性气体和氧化性气体的占比进行调控；所述cualo2粉末材料可见光区域的最强吸收峰强度可在0.1-1.0a.u.内调控。

技术总结
本发明公开了一种光学性质可调的CuAlO<subgt;2</subgt;粉末材料的制备方法，包括氧化亚铜粉末和氧化铝粉末在无水乙醇介质下研磨，获得混合粉末A；将混合粉末A放入压片机中进行压制，获得压制成型的片状A；将片状A放入坩埚中并转移至气氛炉内，向气氛炉通入气氛进行高温固相烧结反应，将烧结产物冷却并研磨，获得粉末反应产物B；粉末反应产物B重复高温固相烧结反应产物颜色均匀，获得反应完全的粉末产物C；将反应完全的粉末产物C进行离心洗涤，沉淀物经干燥后，即获得光学性质可调的铜铁矿型CuAlO<subgt;2</subgt;粉末材料。本发明通过控制气氛炉高温固相合成温度和氧分压制备出响应可见光的CuAlO<subgt;2</subgt;粉末材料，该材料具有可见光吸收强度可控、高纯单相、结晶性良好等特点。

技术研发人员：赵宗彦,张佳欣
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13