高純度高密度CuS網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高純度、高密度CuS網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種P型半導(dǎo)體材料，CuS由于其在催化劑、太陽(yáng)能電池電極材料、光纖、鋰離子電池電極材料等光學(xué)和電學(xué)方面的廣泛應(yīng)用在近幾年已經(jīng)吸引了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。此外，在生理醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，CuS還是一種光熱處理癌癥的生物化學(xué)試劑，受到人們的重視(Lakshmanan S B, Zou X，Hossu M, et al.Local field enhanced Au/CuSnanocomposites as efficient photothermal transducer agents for cancertreatment.Journal of B1medical Nanotechnology, 2012, 8(6): 883-890)。
[0003]另一方面，眾所周知，材料的大小和形貌會(huì)極大程度上影響材料的物理化學(xué)性能。納米結(jié)構(gòu)由于其較大的比表面積和特殊的結(jié)構(gòu)使得材料具有較多的活性中心從而有增強(qiáng)的催化性能。因此，制備具有較大比表面積、較多表面活性中心的CuS納米結(jié)構(gòu)是材料化學(xué)的重要目標(biāo)，研究其形貌可控生長(zhǎng)的技術(shù)常常受到材料學(xué)者的極大關(guān)注。
[0004]目前，已經(jīng)有很多方法可以制備各種各樣的CuS納米結(jié)構(gòu)，例如納米空心球、納米棒、納米管、納米線等。制備方法主要有化學(xué)法和物理法兩大類(lèi)，其中相較于化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜，難于控制以及需要后續(xù)的提純除雜等工序，物理方法通常具有工藝參數(shù)較容易控制，產(chǎn)物純度比較高特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明利用熱蒸發(fā)物理氣相沉積成本低、制備過(guò)程簡(jiǎn)單、工藝參數(shù)可控性強(qiáng)和制備材料多為晶體的特點(diǎn)，提出利用低溫?zé)嵴舭l(fā)技術(shù)直接蒸發(fā)S粉末作為蒸發(fā)源，在銅箔上無(wú)催化合成得到了高純度、高密度CuS針狀、片狀等網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)材料，所制備出的納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)量大、密度高、純度高，形貌多樣可控，無(wú)需后處理，且制備方法經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提出一種高純度、高密度的CuS網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)的制備方法;該方法在真空加熱爐中，采用硫(S)作為蒸發(fā)源，在真空環(huán)境中通過(guò)低溫?zé)嵴舭l(fā)的方法，在載氣作用下，在Cu箔上，無(wú)需使用任何催化劑，制備得到CuS網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)。該方法具有材料合成與生長(zhǎng)條件嚴(yán)格可控、設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品收率高、產(chǎn)量大、密度高、純度高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn);且通過(guò)精確控制制備工藝中的載氣流量，可實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)形貌的調(diào)控，可以獲得針狀、片狀的CuS網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)，且所得的每種納米結(jié)構(gòu)各自的厚度均勻、形狀清晰完整，可望在光催化劑、太陽(yáng)能電池、鋰離子電池等方面獲得廣泛應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明提出的高純度、高密度CuS網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述方法在真空加熱爐中，通過(guò)熱蒸發(fā)硫在真空環(huán)境中、在載氣帶動(dòng)下、在Cu箔上生長(zhǎng)CuS網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)，無(wú)需使用其他任何催化劑。
[0008]本發(fā)明提出的CuS網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)制備方法，包括以下步驟和內(nèi)容: (I)在雙溫區(qū)真空管式爐中，將裝有S粉的氧化鋁陶瓷坩禍放置在高溫加熱區(qū)爐中央?yún)^(qū)域，在其氣流下游距離裝有S粉的坩禍10-30 _處的低溫加熱區(qū)放置Cu箔作為載片。
[0009](2)在加熱前，先用真空栗對(duì)整個(gè)系統(tǒng)抽真空至0.1Pa以下，然后向系統(tǒng)中通入高純惰性載氣，并重復(fù)多次，以排除系統(tǒng)中的殘余氧氣。然后將高溫加熱區(qū)以10-30 °C/min速率升溫到200-400 °C，將低溫加熱區(qū)以5-15 °(3/1^11速率升溫到100-250 °C，保溫0.5-5小時(shí)。在加熱過(guò)程中，在真空栗持續(xù)工作的前提下通入載氣并保持載氣流量為5-300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘(sccm)，且整個(gè)加熱過(guò)程在惰性載氣保護(hù)下完成，最后自然降溫到室溫，即可在Cu箔上得到高純度、高密度的CuS網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)。
[0010]在上述制備方法中，所述步驟(I)中的蒸發(fā)源為市售分析純硫粉。
[0011]在上述制備方法中，所述步驟(I)中載片為市售Cu箔，厚度10μ??到I mm。
[0012]在上述制備方法中，所述步驟(2)中高純惰性載氣為氬氣、氮?dú)庵械囊环N。
[0013]在上述制備方法中，所述步驟(2)中的惰性載氣為高純氣體，純度在99.99vol.%以上。
[0014]在上述制備方法中，所述步驟(2)中的高溫區(qū)蒸發(fā)S的溫度為200-400°C。
[0015]在上述制備方法中，所述步驟(2)中的低溫區(qū)CuS生長(zhǎng)溫度為100-300 °C。
[0016]在上述制備方法中，所述步驟(2)中的整個(gè)加熱保溫時(shí)間0.5-5小時(shí)。
[0017]在上述制備方法中，所述步驟(2)中載氣流量5-300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘。其中，制備CuS針狀晶體構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)時(shí)載氣流量為5-80 sccm時(shí)；制備CuS圍墻狀晶體構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)時(shí)載氣流量為80-150 sccm;制備CuS薄片晶體構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)時(shí)載氣流量為150-250 sccm。
[0018]采用本技術(shù)制備CuS網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)，具有設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單、材料合成與生長(zhǎng)條件嚴(yán)格可控、產(chǎn)品收率高、產(chǎn)量大、密度高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，所獲得的CuS網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)形狀均勻整齊，形貌厚度可控，純度高。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所制得的CuS針狀晶網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡表面照片圖2是本發(fā)明實(shí)施例2所制得的CuS圍墻狀晶網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡表面照片圖3是本發(fā)明實(shí)施例3所制得的CuS薄片晶網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡表面照片
圖4是本發(fā)明實(shí)施例1、2和3所制得的三種CuS網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的XRD圖譜
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]本發(fā)明提出一種高純度、高密度的CuS網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述方法在真空加熱爐中，通過(guò)熱蒸發(fā)硫在真空環(huán)境中、在載氣帶動(dòng)下、在Cu箔上生長(zhǎng)CuS網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)，無(wú)需使用任何催化劑。
[0022]本發(fā)明提出的CuS網(wǎng)絡(luò)狀納米結(jié)構(gòu)制備方法，包括以下步驟和內(nèi)容:
(I)所采用蒸發(fā)源為市售分析純的硫粉。
[0023](2)所采用載片為市售Cu箔，厚度10 μπι到I mm。
[0024](3)在雙溫區(qū)真空管式爐中，將裝有S粉的氧化鋁陶瓷坩禍放置在高溫加熱區(qū)爐中央?yún)^(qū)域，在其氣流下游距離裝有S粉