本发明专利技术涉及一种CuInS2纳米晶材料的制备方法，它是以油酸铜、油酸铟前躯体和单质硫为原料采用一步化学法制备的具有黄铜矿结构、尺寸可控的CuInS2纳米晶材料。本发明专利技术的优点是：本发明专利技术提供的CuInS2纳米晶材料的制备方法操作简单，易重复、纯度高、反应条件温和、无污染，大大降低了成本，适于大规模工业化生产；本发明专利技术提供的CuInS2纳米晶材料具有量子尺寸效应，可以作为太阳能电池的吸收材料，对于其在太阳能电池领域的实际应用将具有重要意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电材料及其制备技术，具体为一种01 纳米晶材料的制备方法。技术背景半导体三元硫属化合物I-III-VI2 (I = Cu, Ag; III = Ga, In; VI = S, Se, Te)由于在光电材料、生物标记和光催化等方面的广泛应用而受到人们的关注。作为一种典 型的三元化合物，CuInS2半导体受到了广泛的研究，因为它作为一种很好的光电材料具有 很多优势，例如01 为直接带隙半导体材料，禁带宽度为1. 53 eV，接近太阳能电池材料 所需的最佳禁带宽度值(1.45 eV)，且禁带宽度对温度的变化不敏感。01 材料的吸收系 数高达IO5 CnT1数量级，以其作为太阳能电池的光吸收层，厚度仅需广2 μπι。01 可制 得高质量的P型和η型薄膜，易于制成同质结，通过理论计算预测，CuInS2太阳能电池的转 换效率在观％ 32%，这在所有光伏器件中是最高的，非常适合作为太阳能电池的光吸收材 料。目前，对于01 纳米晶的制备主要包括以下几种方法单源前躯体法、水热或溶 剂热法等。例如，Hepp等通过在20(T250°C热分解单源前驱体(PWi3)2Cuh (SK)4得到2、 nm左右大小的01 ，所得到的纳米晶溶胶在室温下观察到了块体材料很难发现的荧光 效应(S. L. Castro, S. G. Bailey, R. P. Raffaelie, et al. Chem. Mater. , 2003， 15(16) : 3142-3147)。Μ· G. Norton等通过紫外辐射 (TOP ) (octyl)3P; R = n-Pr (1)，t_Bu (2))有机物得到了大约2 nm左右的01 纳米颗粒(J. J. Nairn, P. J. Shapiro, B. Twamley, et al. Nano Lett. , 2006， 6(6) : 1218—1223)。Xie 禾口 Qian等分别用水热和溶剂热法合成了 01 纳米棒和13 17 nm左右的纳米晶(Y. Jiang, Y. ffu, X. Mo, et al. Inorg. Chem. , 2000，39(14) 2964-2965 ； W. M. Du, X. F. Qian, J. Yin, et al. Chem. Eur. J.，2007，13(31) 8840-8846)。另外，通过使用注 射法，Peng等在非配位溶剂十八烯中使用普遍的，化学稳定的反应物获得了 2 20 nm左右 的单分散的01 纳米晶，通过引进配位剂，可以调控纳米晶的Cu，In, S的原子比(R. G. Xie, M. Rutherford, X. G. Peng J. Am. Chem. Soc. , 2009，131(15) 5691-5697)。然 而，采用上述方法制备的纳米晶材料存在一定的不足之处合成步骤较为繁琐，成本较高， 不适宜大规模制备，合成的纳米颗粒分散性较差，尺寸可控性不好，这在一定程度上均阻碍 了 CuhS2纳米晶在太阳能电池中的实用进程。因此，本课题组通过一步化学法合成了尺寸可控的三元硫属化合物01 纳米晶 材料，其分散性较好，且可用于大规模生产，这对于其在太阳能电池领域的实际应用将具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述存在问题，提供一种01 纳米晶材料的制备方法，即 采用一步化学法制备三元硫属化合物01 纳米晶，并实现了其尺寸可控，该方法操作简单、重复性好、反应条件温和、无环境污染且制品纯度高，大大降低了生产成本，适于大规模 工业化生产。本专利技术的技术方案一种01 纳米晶材料的制备方法，所述01 纳米晶材料是一种单分散的、粒径大 小为2 10nm的01 纳米晶，其制备方法包括以下步骤1)将油酸钠与氯化铜或氯化铟溶于正己烷、去离子水和乙醇的混合溶液中并在压力值 为0. Γ0. 2MPa下进行减压蒸馏，然后在4(Γ80 ° C下搅拌反应2、h，然后水洗3 5次并旋 蒸除去剩下的正己烷，即得到前驱体油酸铜和油酸铟；2)将制得的前驱体油酸铜和油酸铟与油酸混合，把溶解有单质硫的油胺溶剂加入上述 混合溶液中，在温度为7(TlO(TC、真空度为(Γ 一 0. IMI^a真空条件下，反应2(T50 min后，充 入Ar，最后在温度为17(T200°C和搅拌状态下反应3(T80 min形成黑红色的产物；3)将所制得的产物冷却至室温后，加入乙醇使之沉淀，然后在转速为600(Tl0000rpm 的条件下离心5 20 min，所得沉淀物用正己烷洗3飞次；4)将得到的黑色沉淀物重新分散在甲苯溶液中形成黑色墨汁状物，即为所制备的 CuInS2纳米晶样品。所述正己烷、去离子水和乙醇的混合溶液中，各组分的体积比为2 1 0. 5 3。所述前驱体油酸铜、油酸铟与油酸的质量比为1 :1 :2飞。所述油酸钠与氯化铜或氯化铟的用量与正己烷、去离子水和乙醇的混合溶液的比 例为 Immol :(Γ . 5) ml。所述油酸铜和油酸铟的总量与油酸的用量比为lmmol (广2. 5) ml。所述的单质硫与油胺溶剂的用量比为Immol :(2 20) ml。所述油酸铜和油酸铟的总量与单质硫的摩尔比为1 广2。本专利技术的化学反应机理，如下所示油胺由于具有一些特殊的性质如强的碱性，螯合性能作为一种吸附剂以除去反应中生 成的过多的热量，被选做溶剂。单质硫能够溶解在油胺中并释放出S2—。同时，油胺作为还 原剂很容易把Cu2+还原为Cu+。在实验中，油酸作为一种弱的包覆剂，它的量在反应中是固 定的。反应在油胺和油酸的混合溶剂中进行，所生成的纳米簇被油胺分子完全包覆。因此， 油胺与油酸相比，油胺颗粒具有更强的结合力。而且，溶剂油胺在控制产物01 纳米晶 的大小时起到重要的作用。 本专利技术的优点及有益效果是本专利技术以油酸铜、油酸铟和单质硫作为反应物，以油 酸和不同量的油胺为溶剂，通过一步化学法来制备单分散的三元硫属化合物01 纳米晶，并实现了其尺寸可控，该方法操作简单、重复性好、反应条件温和、无环境污染且制品纯 度高，大大降低了生产成本，适于大规模工业化生产。附图说明图1为前驱体油酸铜和油酸铟的红外光谱(FTIR)曲线。图2为制备的S1样品的X射线衍射(XRD )谱图。图3为制备的Sl样品的XPS光谱图，其中整体图为(a)，Cu2p为(b)，为 (c)，S2p 为(d)。图4为制备的Sl样品(a)和后处理(b)后的红外光谱(FTIR)曲线。图5为制备的S4样品的透射电镜(TEM)图(a)，高分辨透射电镜(HRTEM)图(b)， 和颗粒大小分布柱状图(C)。图6为01 纳米晶的形成过程流程图。图7为01 纳米晶样品(S1，S4)的紫外-可见吸收光谱(Uv-vis)图，其中内部 插图为放大的谱图。图8为Sl样品放大制备后的透射电镜(TEM)图(a)、高分辨透射电镜(HRTEM)图 (b)和颗粒大小分布柱状图(C)。具体实施方式下面通过实施例进一步说明本专利技术。实施例1 CuInS2纳米晶材料的制备方法，以Sl样品的制备为例，步骤如下1)将20mmol油酸钠与10 mmol氯化铜或10 mmol氯化铟溶于30 mL正己烷、15 mL 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＣｕＩｎＳ↓［２］纳米晶材料的制备方法，其特征在于：所述ＣｕＩｎＳ↓［２］纳米晶材料是一种单分散的、粒径大小为２～１０ｎｍ的ＣｕＩｎＳ↓［２］纳米晶，其制备方法包括以下步骤：１）将油酸钠与氯化铜或氯化铟溶于正己烷、去离子水和乙醇的混合溶液中并在压力值为０．１～０．２ＭＰａ下进行减压蒸馏，然后在４０～８０℃下搅拌反应２～５ｈ，然后水洗３～５次并旋蒸除去剩下的正己烷，即得到前驱体油酸铜和油酸铟；２）将制得的前驱体油酸铜和油酸铟与油酸混合，把溶解有单质硫的油胺溶剂加入上述混合溶液中，在温度为７０～１００℃、真空度为０～－０．１ＭＰａ真空条件下，反应２０～５０ｍｉｎ后，充入Ａｒ，最后在温度为１７０～２００℃和搅拌状态下反应３０～８０ｍｉｎ形成黑红色的产物；３）将所制得的产物冷却至室温后，加入乙醇使之沉淀，然后在转速为６０００～１００００ｒｐｍ的条件下离心５～２０ｍｉｎ，所得沉淀物用正己烷洗３～５次；４）将得到的黑色沉淀物重新分散在甲苯溶液中形成黑色墨汁状物，即为所制备的ＣｕＩｎＳ↓［２］纳米晶样品。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈军，彭生杰，梁静，王艳，程方益，陶占良，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：12
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