一种铜基三元硫系半导体材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铜基三元硫系半导体材料及其制备方法和应用。其材料的制备方法为：将CuSn(OH)6纳米材料、硫代乙酰胺、乙二胺四乙酸和水混合进行水热反应，得到Cu3SnS4纳米材料。该半导体材料具有优良的光电化学性能，基于该材料构建的光电化学传感器的检测准确性高，响应速度快，检测限低，稳定性强，能够实现微塑料含量的快速、准确的实时检测。其制备方法简单，成本低廉，适合工业化生产。适合工业化生产。适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种铜基三元硫系半导体材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种半导体材料，具体涉及一种铜基三元硫系半导体材料，还涉及其制备方法和应用，属于半导体材料和生物传感器


技术介绍

[0002]微塑料，指直径小于5毫米的塑料颗粒。在过去的几十年里，微塑料可以通过风运输、海洋活动和路径流到达海洋，还可以通过空气漂浮、空气沉积和灌溉进入土壤。微塑料甚至可以通过食物链的循环转移到更高的营养水平，最终危害人类健康，其作为一种新型环境污染物，已经引起了全世界研究的关注。目前微塑料检测的主要方法有光学显微镜观察法、电子显微镜观察法、热解气相色谱
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质谱法、热萃取解吸气相色谱
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质谱法、差示扫描量热法等。但上述方法存在费时费力、仪器昂贵、精度低、检测限高等缺点。因此，开发新的更优势的检测方法势在必行。
[0003]光电化学生物传感是一种将光电化学分析技术与生物传感技术相结合的新型检测方法。其不仅集合了光学方法和电化学方法的优点于一身，还比传统的分析技术具有更高的灵敏度、更低的背景信号、更简单的操作、更低的成本。其检测原理是基于光电活性物质的光电转换特性来确定检测物的浓度。光电化学生物传感继承了光电化学分析技术的高灵敏度以及反应分子间特殊的生物亲和性，因此其在小分子和生物分子检测方面具有巨大的潜在应用前景，而筛选性能优良的光电材料、结合高效的信号放大策略，对提高光电化学生物传感器的各项分析性能，实现对高灵敏检测起着重大作用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的第一个目的是在于提供一种铜基三元硫系半导体材料。该材料的带隙窄，光敏性高，光电导率好，热稳定性好，毒性低。
[0005]本专利技术的第二个目的是在于提供一种铜基三元硫系半导体材料的制备方法。该方法简单，成本低廉，适合工业化生产。
[0006]本专利技术的第三个目的是在于提供一种铜基三元硫系半导体材料的应用。采用该铜基三元硫系半导体材料的光电化学传感器具有检测准确性高，灵敏度强，检测范围宽等特点，能够实现微塑料含量的快速、准确的实时检测。
[0007]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种铜基三元硫系半导体材料的制备方法，该方法是将CuSn(OH)6纳米材料、硫代乙酰胺、乙二胺四乙酸和水混合进行水热反应，得到Cu3SnS4纳米材料。
[0008]本专利技术采用CuSn(OH)6纳米材料为前驱体，硫代乙酰胺为硫源，乙二胺四乙酸为金属离子螯合剂，乙二胺四乙酸与金属能够形成一种稳定的水溶性络合物，通过上述几种原料物质进行水热反应得到Cu3SnS4纳米材料。
[0009]作为一个优选的方案，所述CuSn(OH)6纳米材料与硫代乙酰胺以及乙二胺四乙酸的摩尔比为1:1～8:1～6。三种物质的用量将影响材料的形貌结构以及光电性能，控制其用
量在合适的范围能够获得性能优良的半导体材料。当CuSn(OH)6用量过少会导致反应得到的Cu3SnS4的量少，而其用量过多则造成资源浪费，提升成本；硫代乙酰胺用量过少或会多都会导致无法得到Cu3SnS4，而会生成其他物质，例如Cu2SnS3；乙二胺四乙酸用量过少会使得生成Cu3SnS4反应不充分，用量过多则造成资源浪费，提升成本。
[0010]作为一个优选的方案，所述水热反应的条件为：温度为150～200℃，时间为2～9h。
[0011]作为一个优选的方案，所述CuSn(OH)6纳米材料是由氯化锡依次与碱和氯化铜混合反应得到。该过程反应原理为：SnCl4+6NaOH+CuCl2→
CuSn(OH)6↓
+6NaCl。
[0012]作为一个优选的方案，所述碱的摩尔用量为氯化锡的6～6.5倍。
[0013]作为一个优选的方案，所述氯化铜的摩尔用量为氯化锡的1～1.2倍。
[0014]本专利技术还提供了一种铜基三元硫系半导体材料，其是由上述方法制备得到。
[0015]本专利技术还提供了一种铜基三元硫系半导体材料的应用，其应用于光电化学传感器。
[0016]作为一个优选的方案，所述光电化学传感器的搭建步骤为：
[0017]1)将Cu3SnS4纳米材料分散于含聚偏二氟乙烯的二甲基甲酰胺溶液中，得到含Cu3SnS4纳米材料的混合液；
[0018]2)将含Cu3SnS4纳米材料的混合液滴加到表面含氧化铟锡的玻璃表面，烘干后得到工作电极；
[0019]3)将壳聚糖溶液、戊二醛溶液、牛血清白蛋白溶液以及聚苯乙烯微球溶液依次滴加到所述工作电极上。
[0020]作为一个优选的方案，所述Cu3SnS4纳米材料与含聚偏二氟乙烯的二甲基甲酰胺溶液的固液比为1.5～7.5mg:1mL。
[0021]作为一个优选的方案，所述壳聚糖溶液的质量浓度为0.005wt％～0.05wt％。
[0022]作为一个优选的方案，所述戊二醛溶液的质量浓度为0.1wt％～5wt％。
[0023]作为一个优选的方案，所述牛血清白蛋白溶液的质量体积浓度为10～500μg/mL。
[0024]作为一个优选的方案，所述聚苯乙烯微球溶液的质量比为0.5～500μg/mL。
[0025]作为一个优选的方案，所述壳聚糖溶液、戊二醛溶液、牛血清白蛋白溶液以及聚苯乙烯微球溶液的体积比为1:1～2:1～3:1～5。
[0026]作为一个优选的方案，所述光电化学传感器用于微塑料检测。
[0027]相比于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0028](1)本专利技术制得的铜基三元硫系半导体材料的带隙窄，光敏性高，光电导率好，热稳定性好，毒性低，具有优良的光电化学性能；
[0029](2)基于本专利技术铜基三元硫系半导体材料的光电化学传感器检测准确性高，响应速度快，检测限低，稳定性强，能够实现微塑料含量的快速、准确的实时检测，为微塑料的高效检测提供了一种新途径；
[0030](3)材料制备方法简单，成本低廉，适合工业规模化生产。
附图说明
[0031]图1为实施例1制得的CuSn(OH)6纳米棒以及Cu3SnS4纳米花的电镜图，其中，A～B为CuSn(OH)6纳米棒的扫描电子显微镜图像；C～D分别为Cu3SnS4纳米花的扫描电子显微镜图
和透射电子显微镜图像；E为Cu3SnS4纳米花的高分辨透射电子显微镜图像；F为Cu3SnS4纳米花的选区电子衍射图；G为Cu3SnS4纳米花的X射线能谱分析。
[0032]图2为不同粒径聚苯乙烯微球以及100nm聚苯乙烯微球与牛血清白蛋白发生聚集后的描电子显微镜图像，其中，A为100nm聚苯乙烯微球与牛血清白蛋白发生聚集后的扫描电子显微镜图像；B～E分别为50～60nm、100nm、140nm、200nm聚苯乙烯微球的扫描电子显微镜图像。
[0033]图3为基于实施例1制得的Cu3SnS4纳米花材料搭建的光电化学生物传感器的光电响应性能图，其中，A为电极在不同修饰过程中的光电流响应；B为电极在不同修本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基三元硫系半导体材料的制备方法，其特征在于：将CuSn(OH)6纳米材料、硫代乙酰胺、乙二胺四乙酸和水混合进行水热反应，得到Cu3SnS4纳米材料。2.根据权利要求1所述的一种铜基三元硫系半导体材料的制备方法，其特征在于：所述CuSn(OH)6纳米材料与硫代乙酰胺以及乙二胺四乙酸的摩尔比为1:1～8:1～6。3.根据权利要求1或2所述的一种铜基三元硫系半导体材料的制备方法，其特征在于：所述水热反应的条件为：温度为150～200℃，时间为2～9h。4.根据权利要求1所述的一种铜基三元硫系半导体材料的制备方法，其特征在于：所述CuSn(OH)6纳米材料是由氯化锡依次与碱和氯化铜混合反应得到。5.根据权利要求4所述的一种铜基三元硫系半导体材料的制备方法，其特征在于：所述碱的摩尔用量为氯化锡的6～6.5倍；所述氯化铜的摩尔用量为氯化锡的1～1.2倍。6.一种铜基三元硫系半导体材料，其特征在于：由权利要求1～5任意一项所述的方法制备得到。7.根据权利要求6所述的一种铜基三元硫系半导体材料的应用，其特征在于：应用于光电化学传感器。8.根据权利要求7所述的一种铜基三元硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：张也，肖子祯，张晗，潘银龙，郝亚斌，
申请(专利权)人：深圳万物传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：