本发明专利技术公开的铜铁矿结构CuFeO2晶体材料的低温制备方法，是一种快速制备铜铁矿结构CuFeO2纳米晶材料的低温水热合成方法，该方法是：利用低温水热反应，调控包括反应前驱体组分、反应温度及水热反应釜中反应液的填充率参数，在100～160℃下，以Cu(NO3)2和FeCl2为反应物进行反应12～48小时后，将反应产物经离心清洗处理和烘干后，得到纳米级CuFeO2晶体材料。本发明专利技术操作简单，工艺参数易于控制，无污染、产率高，可广泛用于透明导电氧化物等光电功能器件中。
【技术实现步骤摘要】
一种铜铁矿结构CuFe02晶体材料的低温制备方法
本专利技术涉及纳米材料合成制备领域，特别是利用水热法在较低温度下合成制备纳 米级CuFe02晶体材料。
技术介绍
1946年，Pabst首次报道了具有铜铁矿（ΑΒ02)结构的CuFe0 2材料，其晶体结构是 由二维密堆积的Cu+和Fe3+06八面体沿c轴交替堆跺而成。CuFe0 2晶体是一种典型的ΑΒ02 结构P型半导体材料，其禁带宽度为1. 5eV?2. OeV，晶胞参数为a = b = 0. 3035nm，c = 1. 7162nm。目前，一般通过高温固相反应或者溶胶凝胶法后续高温烧结可以制备出CuFe02 材料，如Cu20和Fe203在900?1200°C高温下可以固相反应生成CuFe0 2晶体材料。没有关 于纳米级CuFe02晶体材料的相关报道，虽然有一些水热法合成CuFe0 2晶体材料的尝试，但 试验结果并不理想。早在1971年，R. D. Shannon报道利用水热法在500?700°C，反应压力 3000atm时，可以制备出CuFe02晶体材料。2006年，W. C. Sheets等人采用Cu20和FeOOH为 前驱反应物，利用水热法在210°C?60h下反应制备出CuFe0 2晶体材料。2012年，Xiaoqing Qiu等人采用硝酸铜和硝酸铁为前驱反应物，利用低温水热法在180°C?24h下反应制备出 CuFe02晶体材料，但晶体尺寸约4 μ m。2014年，Μ. M. Moharam等人报道采用氯化亚铜和硝 酸铁作为前驱反应物，利用水热法在280°C?24h/96h下反应可以制备出CuFe0 2晶体材料， 但晶体尺寸约1?5 μ m。 鉴于目前报道的CuFe02材料晶体尺寸较大，远未达到纳米尺度，使得与材料的晶 体结构、形貌、尺寸相关的光电化学性质的纳米效应未能得到充分体现。所以急需加紧开展 纳米级ΑΒ0 2结构CuFe02半导体材料的基础研究和制备工艺开发，全面掌握调控其半导体特 性，以适用于各种新型光电功能器件中。 本专利技术以Cu(N03)2为Cu源，FeCl2为Fe源，采用H 20为溶剂；水热反应温度为 100°C?160°C，70ml H20作为溶剂（100ml聚四氟乙烯反应釜），Na0H为矿化剂，反应时间为 12?48小时后，经离心清洗干燥处理后，可以制备出晶体尺寸约100nm?500nm的铜铁矿 结构CuFe0 2材料。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种快速制备铜铁矿结构CuFe02材料的低温 水热合成方法，以制备出纳米级CuFe0 2晶体材料。 本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案： 本专利技术提供的铜铁矿结构CuFe02晶体材料的低温制备方法，是一种快速制备铜 铁矿结构CuFe0 2纳米晶材料的低温水热合成方法，该方法是：利用低温水热反应，调控包 括反应前驱体组分、反应温度及水热反应荃中反应液的填充率参数，在100?160°c下，以 Cu(N03)2和FeCl2为反应物进行反应12?48小时后，将反应产物经离心清洗处理和烘干 后，得到纳米级CuFe0 2晶体材料。 所述的反应前驱体可以是Cu(N03)2和FeCl 2水溶液，或是其他含Fe2+和Cu2+的化 合物。 所述的反应前驱体可以由下述方法制成：将FeCl2和Cu(N03) 2按照摩尔比1. 0? 1. 3 :1加入去离子水中，在磁力搅拌器充分搅拌溶解后，再加入4?10倍摩尔量的NaOH作 为矿化剂，充分搅拌至溶解完全后待用。 本专利技术调控水热反应釜中反应液的填充率可以为65?75%。 所述离心清洗处理的方法可以是：依次采用去离子水、稀NH3 · H20、无水乙醇的次 序对反应产物进行离心清洗。 所述的离心清洗可以按照稀NH3 · H20、去离子水、无水乙醇的次序进行调整。 所述的烘干工艺可以是：将离心清洗处理后的沉淀物在真空干燥烘箱中60°C干 燥24?48小时。 本专利技术提供的上述方法制备的纳米级CuFe02晶体材料，其用途是：在透明导电氧 化物的光电功能器件中的应用。 所述的透明导电氧化物的光电功能器件可以是敏化太阳能电池或光电化学电池。 本专利技术利用水热合成反应，在较低温度下（100°C )通过一步反应法制备出纳米级 CuFe02晶体材料。首次开发出一种CuFe02晶体材料超低温、高产率、低成本的快速制备方 法，对于促进铜铁矿结构P型半导体材料及其在光电器件领域的应用发展，均具有十分重 要的学术价值。 本专利技术与现有技术相比，其显著效果主要有：首次制备出纳米级CuFe02晶体材料， 填补了国内外关于超低温水热条件下合成制备铜铁矿结构CuFe0 2半导体材料的研究空白。 本专利技术与现有技术相比，还有以下几个突出效果： (1)该方法制备工艺简单、工艺参数容易控制、实验重复性好、单次产量高。 (2)该方法使用的反应原材料来源广泛，所有反应物全部为无机物，环境污染小、 价格低廉、生产成本低。 (3)当反应温度为100?160°C时，均可得到CuFe02晶体材料（如图1)。随着反应 温度从160°C降低到KKTC时，纳米晶尺寸从300?500nm(如图2)减小到100?300nm(如 图3)。 (4)采用XPS对CuFe02晶体材料表面元素价态信息进行测试分析（如图4)，测试 结果表明化合物中Cu为Cu+、Fe为Fe 3+，属于铜铁矿（A 1 Bm02)结构材料，和文献报道一致。 【附图说明】 图1为实施例1、2、3、4所制备出的反应产物X射线衍射图谱；图中横坐标为衍射 角度，纵坐标为相对强度。从图中可以看出，在反应温度为100?160°C时，均可以制备出 CuFe02晶体材料，对应标准衍射图谱编号为#39-0246和#79-1546。根据各衍射峰强度对 比分析，具有铜铁矿结构（#39-0246，delafossite)的CuFeOdS体为主晶相。 图2为实施例1所制备出的CuFe02晶体材料扫描电镜图。在反应温度为160°C时， 利用场发射扫描电子显微镜对反应产物观测拍摄微观形貌照片。从图中可以看出，所制备 出的CuFe0 2材料晶体均小于1 μ m，大部分约300?500nm，微观形貌多为六方片状（截面 为层状结构），符合典型的铜铁矿材料晶体结构。 图3为实施例3所制备出的CuFe02晶体材料扫描电镜图。在反应温度为100°C时， 利用场发射扫描电子显微镜对反应产物观测拍摄微观形貌照片。从图中可以看出，所制备 出的CuFe0 2材料晶体大小均小于500nm，大部分为100?300nm。结合XRD测试结果分析， 块状晶体为 CuFe02 (#39-0246)，针状晶体为 CuFe02 (#79-1546)。 图4为实施例1所制备出的CuFe02晶体材料进行X射线光电子能谱（XPS)测试 分析结果，其中图a为Cu2p的两个特征谱线Cu2p3/2和Cu2pl/2,分别对应于932. 5eV和 952. 4eV。另外，从图b可以看出Fe2p的两个特征谱线Fe2p3/2和Fe2pl/2,分别对应于 711. leV和725本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铜铁矿结构CuFeO2晶体材料的低温制备方法，其特征是一种快速制备铜铁矿结构CuFeO2纳米晶材料的低温水热合成方法，该方法是：利用低温水热反应，调控包括反应前驱体组分、反应温度及水热反应釜中反应液的填充率参数，在100～160℃下，以Cu(NO3)2和FeCl2为反应物进行反应12～48小时后，将反应产物经离心清洗处理和烘干后，得到纳米级CuFeO2晶体材料。
【技术特征摘要】
1. 一种铜铁矿结构CuFe02晶体材料的低温制备方法，其特征是一种快速制备铜铁矿结 构CuFe0 2纳米晶材料的低温水热合成方法，该方法是：利用低温水热反应，调控包括反应前 驱体组分、反应温度及水热反应釜中反应液的填充率参数，在100?160°C下，以Cu (N03) 2和 FeCl2为反应物进行反应12?48小时后，将反应产物经离心清洗处理和烘干后，得到纳米 级CuFe0 2晶体材料。2. 根据权利要求1所述的铜铁矿结构CuFe02晶体材料的低温制备方法，其特征是所述 的反应前驱体是Cu (N03) 2和FeCl2水溶液，或是其他含Fe2+和Cu2+的化合物。3. 根据权利要求1所述的铜铁矿结构CuFe02晶体材料的低温制备方法，其特征是所述 的反应前驱体由下述方法制成：将FeCl 2和Cu(N03)2按照摩尔比1. 0?1. 3 :1加入去离子 水中，在磁力搅拌器充分搅拌溶解后，再加入4?10倍摩尔量的NaOH作为矿化剂，充分搅 拌至溶解完全后待用。4. 根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊德华，赵修建，李宏，常海梅，柳星星，李夏雯，齐永康，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。