一种铜铁矿型光电功能材料的水热反应制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜铁矿型光电功能材料的水热反应制备方法，包括将含铜化合物和含M,M'的化合物溶于去离子水中，得到含Cu

【技术实现步骤摘要】
一种铜铁矿型光电功能材料的水热反应制备方法


[0001]本专利技术涉及光电功能材料
，尤其涉及一种铜铁矿型光电功能材料的水热反应制备方法。

技术介绍

[0002]寻找一种清洁可再生、廉价安全的新型能源替代传统化石能源已成为目前的迫切需求。研究人员发现，辐射到地球表面的太阳能(1.3
×
105TW)远高出了当前全球人类能源消耗总量。并且太阳能是一种分散的、取之不尽用之不竭的自然资源。将太阳能转化为稳定存在的化学能源被认为是解决能源与环境问题最具前景的战略之一。由于太阳光谱主要以可见光为主(≥45％)，因此探索有效的途径实现提高半导体对可见光的利用率是高效利用太阳能的前提条件之一。
[0003]铜铁矿型氧化物CuMO2具有丰富的成分与结构、灵活可调的物理化学性质使得铜铁矿型氧化物成为光伏，光催化及光电催化等领域的热点材料之一。但是由于其B位组成元素的离子半径，电负性等相差较大，导致其制备十分困难，且制备出的光电功能材料存在太阳能利用率低的问题。水热反应具有反应条件温和，制备参数易于控制、固溶体产率高、成本低等优点。并且水热反应过程中还会产生一种超高压的反应环境，使得原本因不易合成固溶体的元素(如Sc和Fe)在高压的环境下形成连续固溶体，使得许多原本不存在固溶体的合成变为可能。因此有必要探索水热反应法制备铜铁矿固溶体的条件以制备出具有各种性能的铜铁矿型光电功能材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种铜铁矿型光电功能材料的水热反应制备方法，旨在解决现有技术中存在的部分技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种铜铁矿型光电功能材料的水热反应制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将含铜化合物和含M,M'的化合物溶于去离子水中，得到含Cu
2+
及M
3+
，M'
3+
溶液，经混合均匀后获得溶液A；
[0008](2)在强力搅拌下，向步骤(1)中的溶液A中加入矿化剂，并继续强力搅拌30～90min得到悬浊液B；
[0009](3)在强力搅拌下，向步骤(2)中的悬浊液B中加入还原剂，并继续强力搅拌0.5～3h得到悬浊液C；
[0010](4)将步骤(3)中的悬浊液C转移入高压反应釜后，放入烘箱内进行水热反应，待水热反应结束后，自然冷却至室温获得反应溶液D；
[0011](5)将步骤(4)中的反应溶液D离心分离，将沉淀洗涤后干燥，即获得铜铁矿型光电功能材料。
[0012]优选地，步骤(1)中所述含铜化合物为氯化亚铜、硝酸铜或硫酸铜中的一种；所述
含铜化合物和含M,M'的化合物之间的比例为1:1。
[0013]优选地，所述M为Sc、Y、Cr、Ga中的一种；M'为Mn、Fe、Co、Ga中的一种，M与M'为两种不同的元素。
[0014]优选地，步骤(2)中所述矿化剂为氢氧化钠，所述矿化剂与Cu
2+
的比例为0.05～0.25：1。
[0015]优选地，步骤(3)中所述还原剂为正丙醛，乙二醇或乙醇中的一种；所述还原剂与Cu
2+
的比例为0.5～12.5：1mL/mol。
[0016]优选地，步骤(4)中所述水热反应的反应温度为90～240℃，反应时间为6～60h。
[0017]优选地，步骤(5)中所述洗涤为依次使用去离子水、稀硝酸、氨水和无水乙醇交替洗涤多次；所述干燥温度为60～80℃，所述干燥时间为10～15小时。
[0018]优选地，所述铜铁矿型光电功能材料的的化学式为CuM1‑
x
M'
x
O2，其中：0≤x≤1，M为Sc、Y、Cr、Ga中的一种；M'为Mn、Fe、Co、Ga中的一种，M与M'为两种不同的元素。。
[0019]优选地，所述CuM1‑
x
M'
x
O2铜铁矿型光电功能材料的带隙可在0.5～3.2eV范围内调控。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021]1、本专利技术水热法获得的铜铁矿型光电功能材料，其化学式为CuM1‑
x
M'
x
O2，其中：0≤x≤1，M为Sc、Y、Cr、Ga中的一种；M'为Mn、Fe、Co、Ga中的一种。由此，通过调整M、M'元素的种类及用量，可以在0.5～3.2eV范围内实现对铜铁矿型氧化物带隙的精确调控，并且此铜铁矿型氧化物的带边位置也可随元素种类及其比例连续变化。可以根据不同应用场景选择合适的元素及其比例，从而最大程度提高光电催化活性。
[0022]2、本专利技术的水热反应制备方法可以在较低温度条件下产生一个很强的压力，使得原本很难甚至不会形成固溶体的两个铜铁矿化合物在高压的作用下相互溶解，形成连续固溶体。
[0023]3、本专利技术的制备方法具有操作简单、参数易于控制、绿色环保、产率高、成本低等优点；可广泛用于铜铁矿型CuM1‑
x
M'
x
O2可见光驱动光电催化材料的制备，有利于新型光电功能材料的开发和产业化发展。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1制备出CuCr1‑
x
Fe
x
O2固溶体的粉末X射线晶体衍射图；
[0025]图2为本专利技术实施例1制备出CuCr1‑
x
Fe
x
O2固溶体的紫外
‑
可见
‑
近红外吸收光谱图；
[0026]图3为本专利技术实施例1制备出CuCr1‑
x
Fe
x
O2固溶体的光催化分解水速率图；
[0027]图4为本专利技术实施例2制备出CuCr1‑
x
Co
x
O2固溶体的粉末X射线晶体衍射图；
[0028]图5为本专利技术实施例2制备出CuCr1‑
x
Co
x
O2固溶体的紫外
‑
可见
‑
近红外吸收光谱图；
[0029]图6为本专利技术实施例2制备出CuCr1‑
x
Co
x
O2固溶体的粉末的光电流密度图；
[0030]图7为本专利技术实施例3制备出CuSc1‑
x
Fe
x
O2固溶体的粉末X射线晶体衍射图；
[0031]图8为本专利技术实施例3制备出CuSc1‑
x
Fe
x
O2固溶体的紫外
‑
可见
‑
近红外吸收光谱图；
[0032]图9为本专利技术实施例3制备出CuSc1‑
x
Fe
x
O2固溶体的光电转化效率。
具体实施方式
[0033]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜铁矿型光电功能材料的水热反应制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将含铜化合物和含M,M'的化合物溶于去离子水中，得到含Cu
2+
及M
3+
，M'
3+
溶液，经混合均匀后获得溶液A；(2)在强力搅拌下，向步骤(1)中的溶液A中加入矿化剂，并继续强力搅拌30～90min得到悬浊液B；(3)在强力搅拌下，向步骤(2)中的悬浊液B中加入还原剂，并继续强力搅拌0.5～3h得到悬浊液C；(4)将步骤(3)中的悬浊液C转移入高压反应釜后，放入烘箱内进行水热反应，待水热反应结束后，自然冷却至室温获得反应溶液D；(5)将步骤(4)中的反应溶液D离心分离，将沉淀洗涤后干燥，即获得铜铁矿型光电功能材料。2.根据权利要求1所述的一种铜铁矿型光电功能材料的水热反应制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述含铜化合物为氯化亚铜、硝酸铜或硫酸铜中的一种；所述含铜化合物和含M,M'的化合物之间的比例为1:1。3.根据权利要求2所述的一种铜铁矿型光电功能材料的水热反应制备方法，其特征在于，所述M为Sc、Y、Cr、Ga中的一种；M'为Mn、Fe、Co、Ga中的一种，M与M'为两种不同的元素。4.根据权利要求1所述的一种铜铁矿型光电功能材料的水热反应制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述矿化剂为氢氧化钠，所述矿化剂与Cu

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宗彦，单宝峰，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：