水热法制备Cu制造技术

本发明专利技术属于纳米材料制备技术领域，涉及水热法制备Cu

Preparation of Cu by hydrothermal method

【技术实现步骤摘要】
水热法制备Cu2-xS纳米花的方法及其应用于近红外光热材料
本专利技术属于纳米材料制备
，涉及一种水热法制备Cu2-xS纳米花的方法及其应用于近红外光热材料。
技术介绍
21世纪以来，随着全球经济的发展和复苏，世界各国能源需求迅猛增长，导致能源供需矛盾日益明显，尤其是在化石能源方面的竞争尤为突出，主要包括石油、煤炭和天然气。化石能源的广泛使用导致环境问题凸显，如空气污染严重、全球气温上升、生物多样性的丧失和土地沙漠化日益明显，无序开发和利用化石能源导致传统能源储量日益衰竭。为了满足能源需求，开发和使用清洁能源、优化和调整能源结构、减少环境污染是实现能源、社会与环境的可持续发展的必然要求。自然界中太阳能贮备丰富，是理想的无污染可再生能源，光热材料作为可以有效吸收全光谱范围内的太阳光并随即转换成为热能的材料，越来越受到学者们的关注。它解决了传统化石燃料能耗高、污染大的缺点，实现了对太阳能的有效利用，在航空、汽车、节能建筑、废物处理、海水净化、癌症治疗、节能器等领域发挥了重要作用。在光热材料中，硫化亚铜（Cu2S）展现出广阔的应用前景。硫化亚铜具有带隙较窄的优点，对太阳能的利用率较高，具有良好的光催化性能和热稳定性，在太阳能光热转换领域有着巨大的应用潜能，因其具有制备工艺简单、成本低廉、吸收功能优异等优势，成为当今光热转换纳米材料领域研究的热点。相比汞、铅等纳米材料，硫化亚铜对环境的污染性更小，符合绿色环保的理念。本研究利用水热合成法，制得一系列Cu2-xS纳米花近红外光热材料，通过调节Cu2-xS中Cu的含量进一步改善它的光热性能。在保持物质的形貌和物相的前提下，Cu2-xS中Cu含量的改变，有利于晶体结构中Cu原子和S原子周围配位环境的改变，从而引起晶体结构的微变化，改变材料的光学性质，提高其光热转化效率。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种水热法制备Cu2-xS纳米花的方法及其应用于近红外光热材料。一种水热法制备Cu2-xS纳米花的方法，包括如下步骤：（1）将铜盐加入去离子水中搅拌至完全溶解，依次硫源、表面活性剂，搅拌至澄清溶液，其中所述去离子水、铜盐、硫源、表面活性剂的体积摩尔比为20～40mL：0.15～4mmol：0.75～10mmol：2.5～300mmol；（2）将澄清溶液移至反应釜，110℃～180℃水热反应12～36h，优选120℃水热反应24h，自然冷却至室温，产物离心，依次用乙醇、去离子水反复交替洗净，60℃真空干燥，收集的黑色产物即为Cu2-xS纳米花。本专利技术较优公开例中，步骤（1）中所述铜盐为三水合硝酸铜、氯化铜、硫酸铜，优选三水合硝酸铜。本专利技术较优公开例中，步骤（1）中所述硫源为谷胱甘肽、硫脲、硫粉，优选谷胱甘肽。本专利技术较优公开例中，步骤（1）中所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮、三甘醇，优选十六烷基三甲基溴化铵。本专利技术较优公开例中，步骤（1）中所述铜盐为三水合硝酸铜，硫源为谷胱甘肽，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵时，铜盐、硫源、表面活性剂与去离子水的摩尔体积比为0.828mmol或0.824mmol或0.807mmol或0.786mmol：1mmol：2.744mmol：30mL。依据本专利技术所述方法制得的Cu2-xS纳米花，其形貌为由纳米片组装成的花状，尺寸大约在200nm～700nm。专利技术人发现：谷胱甘肽不仅可以作为硫源，同时也作为还原剂在水热过程中将Cu2+还原为Cu+，硫脲、硫粉等可以替代谷胱甘肽，具有相似的作用。十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为一种合成水溶性高分子化合物，在纳米材料合成过程中起到阳离子表面活性剂的作用。在晶体的水热生长过程中，CTAB吸附在晶体的表面，通过控制晶体的各向异性生长，最终形成纳米花结构，在纳米花的形貌构筑过程中起重要作用。聚乙烯吡咯烷酮、三甘醇可以替代十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂，有利于Cu2S形成超薄纳米结构。已有报道，在合成无机金属化合物晶体结构时，通过微调反应物的用量，在不引起相变的前提下，可以在晶格中引入离子空位，能够有效地调节材料的电子结构，从而进一步影响其物理和化学性能。Cu2S中的Cu元素本身就具有多个化学态，如果对其参与合成反应的用量进行微调，相信能够在不发生相变的情况下调控材料的电子结构，实现Cu2S材料性能的改善。本申请还有一个目的，将上述水热法所制备的Cu2-xS纳米花，可应用于近红外光热材料。光热性能测试参数，测量合成的Cu2-xS材料的光热转换引起的温度变化的操作步骤如下：将不同的Cu2-xS材料分散到溶剂（水/H2O，N，N-二甲基甲酰胺溶液/DMF）中，配制成不同浓度（3,1.5,0.75,0.38,0.19,0mg/ml）的悬浊液，取0.5ml放置于石英小杯中；选择980nm的近红外激光为光源，在垂直于激光路径的水分散体用NEC的红外热成像仪，每10秒测量一次体系温度。通过比较不同样品在近红外光照射下温度变化的情况，分析溶剂、浓度以及Cu2-xS中Cu的含量等因素对材料光能转化为热能的影响，以获得最优的光热性能。有益效果本专利技术采用水热合成法，通过调控Cu2-xS中Cu的含量、反应温度等，制得具有高比表面积和更多缺陷的Cu2-xS纳米花，所得产物是良好的光催化剂，同时也是一种优良的光热材料，能有效地提升太阳能转化为热能的光热转化效率，不仅为新型功能光热材料的设计合成提出了新思路，还为太阳能合理利用开发探索了新途径，有利于解决目前世界上能源短缺和环境污染问题。该方法反应条件温和可控、操作简单、实用性强，制得的Cu2-xS纳米花近红外光热材料具有效率高、寿命长、稳定性好等优点，便于大规模推广。附图说明图1.实施例1所得Cu2-xS纳米花近红外光热材料的X射线粉末衍射分析图（XRD)；图2.实施例1所得Cu2-xS纳米花近红外光热材料的低倍场发射透射图（TEM）；图3.实施例1所得Cu2-xS纳米花近红外光热材料的紫外可见吸收光谱；图4.实施例1所得Cu2-xS纳米花近红外光热材料在不同溶剂中的近红外光热性质测试，其中（a）DMF溶剂，（b）H2O；图5.实施例1所得Cu2-xS纳米花近红外光热材料在DMF中的近红外光热性质随浓度的变化；图6.实施例1所得Cu2-xS纳米花近红外光热材料在水中的近红外光热性质随浓度的变化。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本专利技术，但本专利技术并不局限于以下实施例。除非另外限定，这里所使用的术语（包含科技术语）应当解释为具有如本专利技术所属
的技术人员所共同理解到的相同意义。还将理解到，这里所使用的术语应当解释为具有与它们在本说明书和相关技术的内容中的意义相一致的意义，并且不应当以理想化或过度的形式解释，除非这里特意地如此限定。实施例1一种水热法制备Cu2-xS纳米花的方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水热法制备Cu

【技术特征摘要】
1.一种水热法制备Cu2-xS纳米花的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将铜盐加入去离子水中搅拌至完全溶解，依次硫源、表面活性剂，搅拌至澄清溶液，其中所述去离子水、铜盐、硫源、表面活性剂的体积摩尔比为20～40mL：0.15～4mmol：0.75～10mmol：2.5～300mmol；
将澄清溶液移至反应釜，110℃～180℃水热反应12～36h，自然冷却至室温，产物离心，依次用乙醇、去离子水反复交替洗净，60℃真空干燥，收集的黑色产物即为Cu2-xS纳米花。


2.根据权利要求1所述水热法制备Cu2-xS纳米花的方法，其特征在于：步骤（1）中所述铜盐为三水合硝酸铜、氯化铜、硫酸铜。


3.根据权利要求1所述水热法制备Cu2-xS纳米花的方法，其特征在于：步骤（1）中所述铜盐为三水合硝酸铜。


4.根据权利要求1所述水热法制备Cu2-xS纳米花的方法，其特征在于：步骤（1）中所述硫源为谷胱甘肽、硫脲、硫粉。


5.根据权利要求1所述水热法制备Cu2-xS纳米花的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：管美丽，王秋婉，巩学忠，李华明，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32