專(zhuān)利名稱(chēng)：一種硫化銅與二氧化鈦納米管復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硫化銅與二氧化鈦納米管復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
利用陽(yáng)極氧化法制備的TiO2納米管具有高度有序性，將其用作染料敏化太陽(yáng)能電 池陰極，與納米顆粒構(gòu)成的太陽(yáng)能敏化電池電極相比，其產(chǎn)生的電子具有更長(zhǎng)壽命，且TiO2 納米管的管道為提供電子傳遞提供了更好的途徑。但由于現(xiàn)有的二氧化鈦納米管為單純的 N型半導(dǎo)體材料，僅能在紫外光附近有光吸收，而不能吸收可見(jiàn)光，對(duì)太陽(yáng)光的吸收與利用 能力還有待提高。2008年基于二氧化鈦納米管的量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池被研究出來(lái)，其用 半導(dǎo)體量子點(diǎn)取代染料，具有器件結(jié)構(gòu)、量子點(diǎn)敏化過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為一種硫化銅與二氧化鈦納米管復(fù)合納米材料的制備方法。該方法制備的 納米復(fù)合材料對(duì)太陽(yáng)光的吸收與利用能力高，在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域具有很好的運(yùn)用前景。且 其制作工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備要求低，制備成本低。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案及具體作法是一種硫化銅與二氧化鈦納米管復(fù)合納米材料的制備方法，其具體作法是a.鈦片預(yù)處理將純度99.0%以上的鈦片，用砂紙將其表面磨至光亮無(wú)痕后，放 入丙酮或者無(wú)水乙醇中20-40分鐘超聲清洗，再用去離子水沖洗并風(fēng)干；b.電化學(xué)制備二氧化鈦納米管將鉬片作為陰極、a步驟處理后的鈦片作為陽(yáng)極 在0. 25% wt氟化銨的乙二醇溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，電壓為50-60v，氧化時(shí)間5-20小時(shí)，即 在鈦片表面生長(zhǎng)出二氧化鈦納米管陣列；c.復(fù)合材料的制備將b步驟生長(zhǎng)有二氧化鈦納米管陣列的鈦片放入裝有氯化 銅和硫代硫酸鈉的混合溶液中，混合溶液的氯化銅和硫代硫酸鈉的摩爾濃度相同，濃度 范圍為0. 0025-0. 01mol/L ；用高壓釜封好后，放入爐中加溫，時(shí)間為12-24小時(shí)，溫度為 60-120°C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是采用電化學(xué)方法制備二氧化鈦納米管，再將二氧化鈦納米管陣列放入氯化銅和硫 代硫酸鈉的混合溶液中，在60-120°C的溫度條件下，混合溶液中產(chǎn)生的納米級(jí)的硫化銅吸 附在二氧化鈦納米管表面，而形成硫化銅和二氧化鈦納米管的納米管狀復(fù)合材料。該復(fù)合 材料納米管道同樣為電子傳遞提供了較好的途徑，其中的二氧化鈦納米管為N型半導(dǎo)體材 料，能吸收紫外光，產(chǎn)生光電壓，而其中的納米硫化銅為P型半導(dǎo)體材料，能吸收可見(jiàn)光，產(chǎn) 生光電壓；使得復(fù)合材料整體既能吸收紫外光又能吸收可見(jiàn)光，產(chǎn)生光電壓，對(duì)太陽(yáng)光的吸 收與利用能力大大提高。從而在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域具有很好的運(yùn)用前景。采用水熱法制備硫化銅和二氧化鈦納米管的復(fù)合材料，過(guò)程中溫度低，節(jié)約能源， 無(wú)需專(zhuān)有設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單，制備成本低。
上述的a步的鈦片預(yù)處理中，鈦片用砂紙磨光后，還將其放入拋光液進(jìn)行5-15分 鐘電化學(xué)拋光，再進(jìn)行超聲清洗；所述的拋光液由99. 8 %的濃硫酸、40 %的氫氟酸和純度 99. 8%的冰乙酸按3 2 5的體積比例配制而成；拋光時(shí)另取一鈦片為陰極，處理過(guò)的鈦 片作為陽(yáng)極，對(duì)處理過(guò)的鈦片進(jìn)行11-15V的恒電壓電化學(xué)拋光。拋光處理使得鈦片表面更加平整，使制得的復(fù)合材料更平整，形貌好，與電池電極 的接觸更好，以其制備的電池有效輸出功率更高。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。


圖1是本發(fā)明方法制備成復(fù)合材料的X射線衍射圖譜。圖中，縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度 (Intensity)、任意單位(a. u.)，橫坐標(biāo)為衍射角2 θ，單位為度(deg.)。圖2是用本發(fā)明方法在復(fù)合硫化銅前的二氧化鈦納米管的掃描電鏡圖。圖3是本發(fā)明方法制備物的掃描電鏡圖。圖4是本發(fā)明方法中復(fù)合硫化銅前的二氧化鈦納米管和復(fù)合硫化銅后的材料，在 相同光源下，光電轉(zhuǎn)換輸出的I-V曲線圖，圖中，縱坐標(biāo)為電流密度度、單位，橫坐標(biāo)為電 壓，單位為V。圖4說(shuō)明復(fù)合硫化銅后的材料，其短路電流密度為1. 7為mA/cm2，而單純的 二氧化鈦納米管的短路電流密度幾乎為零。可見(jiàn)本方法制備的納米復(fù)合材料對(duì)太陽(yáng)光的吸 收與利用能力高，有效輸出功率高。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本發(fā)明的一種實(shí)施方式是，一種硫化銅與二氧化鈦納米管復(fù)合材料的制備方法， 其具體作法是a.鈦片預(yù)處理將純度99. 9%的鈦片，用砂紙將其表面磨至光亮無(wú)痕后，放入丙 酮或者無(wú)水乙醇中30分鐘超聲清洗，再用去離子水沖洗并風(fēng)干；b.電化學(xué)制備二氧化鈦納米管將鉬片作為陰極、a步驟處理后的鈦片作為陽(yáng)極 在0. 25% wt (即重量百分比為0. 25% )氟化銨的乙二醇溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，電壓為55v， 氧化時(shí)間13小時(shí)，即在鈦片表面生長(zhǎng)出二氧化鈦納米管陣列；c.復(fù)合材料的制備將b步驟生長(zhǎng)有二氧化鈦納米管陣列的鈦片放入裝有氯化銅 和硫代硫酸鈉的混合溶液中，混合溶液的氯化銅和硫代硫酸鈉的摩爾濃度相同，濃度均為 0. 005mol/L ；用高壓釜封好后，放入爐中加溫，時(shí)間為17小時(shí)，溫度為100°C。本例的a步的鈦片預(yù)處理中，鈦片用砂紙磨光后，還將其放入拋光液進(jìn)行10分鐘 電化學(xué)拋光，再進(jìn)行超聲清洗；所述的拋光液由99. 8% (重量百分比濃度)濃硫酸、40% (重量百分比濃度)的氫氟酸和純度99. 8%的冰乙酸(無(wú)水乙酸的冰狀晶體)按3 2 5 的體積比例配制而成；拋光時(shí)另取一鈦片為陰極，處理過(guò)的鈦片作為陽(yáng)極，對(duì)處理過(guò)的鈦片 進(jìn)行IlV的恒電壓電化學(xué)拋光。實(shí)施例二本發(fā)明的一種實(shí)施方式是，一種硫化銅與二氧化鈦納米管復(fù)合材料的制備方法， 其具體作法是
a.鈦片預(yù)處理將純度99. 9%的鈦片，用砂紙將其表面磨至光亮無(wú)痕后，放入丙 酮或者無(wú)水乙醇中20分鐘超聲清洗，再用去離子水沖洗并風(fēng)干；b.電化學(xué)制備二氧化鈦納米管將鉬片作為陰極、a步驟處理后的鈦片作為陽(yáng)極 在0. 25% wt氟化銨的乙二醇溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，電壓為50v，氧化時(shí)間5小時(shí)，即在鈦片 表面生長(zhǎng)出二氧化鈦納米管陣列；c.復(fù)合材料的制備將b步驟生長(zhǎng)有二氧化鈦納米管陣列的鈦片放入裝有氯化 銅和硫代硫酸鈉的混合溶液中，混合溶液的氯化銅和硫代硫酸鈉的摩爾濃度相同，濃度為 0. 0025mol/L ；用高壓釜封好后，放入爐中加溫，時(shí)間為12小時(shí)，溫度為60°C。本例的a步的鈦片預(yù)處理中，鈦片用砂紙磨光后，還將其放入拋光液進(jìn)行5分鐘 電化學(xué)拋光，再進(jìn)行超聲清洗；所述的拋光液由99. 8% (重量百分比濃度)的濃硫酸、40% (重量百分比濃度)的氫氟酸和純度99. 8%的冰乙酸(無(wú)水乙酸的冰狀晶體)按3 2 5 的體積比例配制而成；拋光時(shí)另取一鈦片為陰極，處理過(guò)的鈦片作為陽(yáng)極，對(duì)處理過(guò)的鈦片 進(jìn)行12V的恒電壓電化學(xué)拋光。實(shí)施例三本發(fā)明的一種實(shí)施方式是，一種硫化銅與二氧化鈦納米管復(fù)合材料的制備方法， 其具體作法是a.鈦片預(yù)處理將純度99. 0%的鈦片，用砂紙將其表面磨至光亮無(wú)痕后，放入丙 酮或者無(wú)水乙醇中40分鐘超聲清洗，再用去離子水沖洗并風(fēng)干；b.電化學(xué)制備二氧化鈦納米管將鉬片作為陰極、a步驟處理后的鈦片作為陽(yáng)極 在0. 25% wt氟化銨的乙二醇溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，電壓為60v，氧化時(shí)間20小時(shí)，即在鈦 片表面生長(zhǎng)出二氧化鈦納米管陣列；c.復(fù)合材料的制備將b步驟生長(zhǎng)有二氧化鈦納米管陣列的鈦片放入裝有氯化 銅和硫代硫酸鈉的混合溶液中，混合溶液的氯化銅和硫代硫酸鈉的摩爾濃度相同，濃度為 0. 01mol/L ；用高壓釜封好后，放入爐中加溫，時(shí)間為24小時(shí)，溫度為120°C。本例的a步的鈦片預(yù)處理中，鈦片用砂紙磨光后，還將其放入拋光液進(jìn)行15分 鐘電化學(xué)拋光，再進(jìn)行超聲清洗；所述的拋光液由99. 8%的濃硫酸、40%的氫氟酸和純度 99. 8%的冰乙酸按3 2 5的體積比例配制而成；拋光時(shí)另取一鈦片為陰極，處理過(guò)的鈦 片作為陽(yáng)極，對(duì)處理過(guò)的鈦片進(jìn)行15V的恒電壓電化學(xué)拋光。實(shí)施例四本發(fā)明的一種實(shí)施方式是，一種硫化銅與二氧化鈦納米管復(fù)合材料的制備方法， 其具體作法是a.鈦片預(yù)處理將純度99. 0%的鈦片，用砂紙將其表面磨至光亮無(wú)痕后，放入丙 酮或者無(wú)水乙醇中25分鐘超聲清洗，再用去離子水沖洗并風(fēng)干；b.電化學(xué)制備二氧化鈦納米管將鉬片作為陰極、a步驟處理后的鈦片作為陽(yáng)極 在0. 25% wt氟化銨的乙二醇溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，電壓為57v，氧化時(shí)間15小時(shí)，即在鈦 片表面生長(zhǎng)出二氧化鈦納米管陣列；c.復(fù)合材料的制備將b步驟生長(zhǎng)有二氧化鈦納米管陣列的鈦片放入裝有氯化 銅和硫代硫酸鈉的混合溶液中，混合溶液的氯化銅和硫代硫酸鈉的摩爾濃度相同，濃度為 0. 008mol/L ；用高壓釜封好后，放入爐中加溫，時(shí)間為22小時(shí)，溫度為80°C。
本例的a步的鈦片預(yù)處理中，鈦片用砂紙磨光后，還將其放入拋光液進(jìn)行15分 鐘電化學(xué)拋光，再進(jìn)行超聲清洗；所述的拋光液由99. 8%的濃硫酸、40%的氫氟酸和純度 99. 8%的冰乙酸按3 2 5的體積比例配制而成；拋光時(shí)另取一鈦片為陰極，處理過(guò)的鈦 片作為陽(yáng)極，對(duì)處理過(guò)的鈦片進(jìn)行15V的恒電壓電化學(xué)拋光。圖1是本發(fā)明方法制備成復(fù)合材料的X射線衍射圖譜。圖中，縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度 (Intensity)、任意單位(a. u.)，橫坐標(biāo)為衍射角2 θ，單位為度(deg.)。圖1說(shuō)明本方法制 備的復(fù)合材料確實(shí)為硫化銅和二氧化鈦構(gòu)成的復(fù)合材料；圖2是用本發(fā)明方法在復(fù)合硫化銅前的二氧化鈦納米管的掃描電鏡圖。圖3是本 發(fā)明方法制備物的掃描電鏡圖。圖2、圖3說(shuō)明本發(fā)明方法的制備物確實(shí)為在二氧化鈦納米管上復(fù)合了硫化銅納 米顆粒的復(fù)合材料。圖4是本發(fā)明方法中復(fù)合硫化銅前的二氧化鈦納米管和復(fù)合硫化銅后的材料，在 相同光源下，光電轉(zhuǎn)換輸出的I-V曲線圖，其中標(biāo)注為T(mén)iO2幾乎水平的曲線為復(fù)合硫化銅 前的二氧化鈦納米管的I-V曲線圖，另一條標(biāo)注為CuS-TiO2的曲線為復(fù)合硫化銅后的材料 I-V曲線圖；圖中，縱坐標(biāo)為電流密度度、單位，橫坐標(biāo)為電壓，單位為V。圖4說(shuō)明復(fù)合硫化 銅后的材料，其短路電流密度為1. 7為mA/cm2，而單純的二氧化鈦納米管的短路電流密度幾 乎為零。可見(jiàn)本方法制備的納米復(fù)合材料對(duì)太陽(yáng)光的吸收與利用能力高，有效輸出功率高。
權(quán)利要求
一種硫化銅與二氧化鈦納米管復(fù)合材料的制備方法，其具體作法是a.鈦片預(yù)處理將純度99.0％以上的鈦片，用砂紙將其表面磨至光亮無(wú)痕后，放入丙酮或者無(wú)水乙醇中20 40分鐘超聲清洗，再用去離子水沖洗并風(fēng)干；b.電化學(xué)制備二氧化鈦納米管將鉑片作為陰極、a步驟處理后的鈦片作為陽(yáng)極在0.25％wt氟化銨的乙二醇溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，電壓為50 60v，氧化時(shí)間5 20小時(shí)，即在鈦片表面生長(zhǎng)出二氧化鈦納米管陣列；c.復(fù)合材料的制備將b步驟生長(zhǎng)有二氧化鈦納米管陣列的鈦片放入裝有氯化銅和硫代硫酸鈉的混合溶液中，混合溶液的氯化銅和硫代硫酸鈉的摩爾濃度相同，濃度范圍為0.0025 0.01mol/L；用高壓釜封好后，放入爐中加溫，時(shí)間為12 24小時(shí)，溫度為60 120℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫化銅與二氧化鈦納米管復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于所述的a步的鈦片預(yù)處理中，鈦片用砂紙磨光后，還將其放入拋光液進(jìn)行5-15分 鐘電化學(xué)拋光，再進(jìn)行超聲清洗；所述的拋光液由99. 8%的濃硫酸、40%的氫氟酸和純度 99. 8%的冰乙酸按3 2 5的體積比例配制而成；拋光時(shí)另取一鈦片為陰極，處理過(guò)的鈦 片作為陽(yáng)極，對(duì)處理過(guò)的鈦片進(jìn)行11-15V的恒電壓電化學(xué)拋光。
全文摘要
一種硫化銅與二氧化鈦納米管復(fù)合材料的制備方法，其具體作法是將鈦片砂光后，放入丙酮或者無(wú)水乙醇中超聲清洗，再用去離子水沖洗并風(fēng)干；將鉑片作為陰極、處理后的鈦片作為陽(yáng)極在0.25％wt氟化銨的乙二醇溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化即在鈦片表面生長(zhǎng)出二氧化鈦納米管陣列；將生長(zhǎng)有二氧化鈦納米管陣列的鈦片放入裝有氯化銅和硫代硫酸鈉的混合溶液中，混合溶液的氯化銅和硫代硫酸鈉的摩爾濃度相同為0.0025-0.01mol/L；用高壓釜封好后，加熱至溫度為60-120℃、保溫12-24小時(shí)。該方法制備的納米復(fù)合材料對(duì)太陽(yáng)光的吸收與利用能力高，在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域具有很好的運(yùn)用前景。且其制作工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備要求低，制備成本低。
文檔編號(hào)C25D11/26GK101899701SQ20101022964
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月19日
發(fā)明者楊峰, 柯川, 趙勇 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)