CN101559978A - 一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法 - Google Patents

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戴建明
刘亚南
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Abstract

本发明公开了一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法，包括以下步骤：称取1－2mmol CuCl2·2H2O，1－2mmol InCl3·4H2O和3－6mmol硫脲，放入烧杯中，加入乙醇胺溶剂中；将得到的均匀的深蓝色的溶液倒入反应釜中，将反应釜放在170－210℃的烘箱中反应12－24小时，随后自然冷却至室温；最后将收集冷却后的产品，依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，得到黑色的固体样品。本发明具有操作简单，成本低，产物清洗简单，不会对环境造成污染等优点，且本发明通过简单的一步溶剂热合成法，一步合成了纤锌矿结构CuInS2亚稳相，有利于拓I－III－VI2族三元硫属化合物半导体的应用范围。纤锌矿结构CuInS2亚稳新相可应用在光电器件，非线性光学器件，光电太阳能电池材料，激光二极管等方面。

Description

一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法
技术领域
本发明涉及一种无机合成方法，具体是一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法。
背景技术
I-III-VI2族三元硫属化合物半导体ABM2(A＝Cu，Ag；B＝Al，Ga，In；M＝S，Se，Te)在常温常压下，通常具有黄铜矿结构(四方结构)。因其在光电器件、非线性光学器件、光电太阳能电池材料、激光二极管等方面具有广泛的应用价值而备受关注。但在高温和高压的情况等苛刻的实验条件下，也能得到无序的闪锌矿(立方结构)或纤锌矿结构(六方结构)。例如Binsma等在1980年在研究Cu2S-In2S3混合物相图时发现：在850℃左右反应生成的黄铜矿结构CuInS2在980℃以下时稳定，当温度升高到980℃以上和1045℃以上时，分别发生了向无序的闪锌矿(立方结构)或纤锌矿结构(六方结构)的转变。高温X射线衍射分析证实了闪锌矿相CuInS2的存在。但是高温相CuInS2不能稳定存在，当温度降低时，又转变成了低温的黄铜矿结构。从晶体结构的角度来看，大部分I-III-VI2族三元硫属化合物在特定的条件下能实现从有序到无序的转化，从而得到不同物相的产物。近来，Pan等在合成纳米材料CuInS2时，于高沸点溶剂中(油胺、十二硫醇)首次合成了纤锌矿结构CuInS2，但该合成方法复杂，原材料昂贵，产品清洗过程中要用到己烷、氯仿等有机试剂，对环境造成了一定的污染。
发明内容
本发明提供了一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法，其操作简单，成本低，产物清洗简单，不会对环境造成污染。
本发明的技术方案为：
一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法，其特征在于：包括按以下反应比例进行以下步骤：
(1)、称取1-2mmol CuCl2·2H2O，1-2mmol InCl3·4H2O和3-6mmol硫脲，放入烧杯中，加入乙醇胺溶剂中，超声分散10-15分钟，得到均匀的深蓝色的溶液；
(2)、将上述均匀的深蓝色的溶液倒入高压反应釜中，将密封的高压反应釜放在170-210℃的烘箱中反应12-24小时，随后自然冷却至室温；
(3)、最后将收集冷却后的产品，依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，真空干燥，得到黑色的固体。
所述的一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、称取物质的量的比为1∶0.8-1.2∶2.8-3.2的CuCl2·2H2O、InCl3·4H2O和硫脲，放入烧杯中，加入乙醇胺作为溶剂进行超声分散10-15分钟，得到均匀的深蓝色的溶液；
(2)、然后将上述均匀的深蓝色的溶液倒入高压反应釜中，将密封的高压反应釜放在170-210℃的烘箱中反应12-24小时，随后自然冷却至室温；
(3)、最后将收集冷却后的产品，依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，在50-70℃下真空干燥3-5小时，得到黑色的固体。
乙醇胺用量为2-100ml。
本发明具有操作简单，成本低，产物清洗简单，不会对环境造成污染等优点，且本发明通过简单的一步溶剂热合成法，一步合成了纤锌矿结构CuInS2亚稳相，有利于拓宽I-III-VI2族三元硫属化合物半导体的应用范围。纤锌矿结构CuInS2亚稳新相可应用在光电器件，非线性光学器件，光电太阳能电池材料，激光二极管等方面。
附图说明
图1是本发明合成的CuInS2样品的XRD衍射花样图。
图2是本发明合成的CuInS2样品的X-射线荧光光谱图。
图3是本发明合成的CuInS2样品的X射线衍射花样图。
图4是不同物相的CuInS2的紫外-可见-近红外光谱图。
图5是本发明合成的CuInS2样品的光致发光光谱图。
具体实施方式
本发明的合成方法如下：
(1)、称取1-2mmol CuCl2·2H2O，1-2mmol InCl3·4H2O和3-6mmol硫脲，放入烧杯中，加入40ml乙醇胺，超声分散10-15分钟，得到均匀的深蓝色的溶液；
(2)、将上述均匀的深蓝色的溶液倒入高压反应釜中，将反应釜放在170-210℃的烘箱中反应12-24小时，随后自然冷却至室温；
(3)、然后收集冷却后的产品，依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，在60℃下真空干燥4小时，得到黑色的固体样品；
(4)材料鉴定：
(a)、经X射线衍射仪分析表明：制备的产物为纤锌矿结构CuInS2亚稳新相，并对衍射花样进行了一系列的数值拟合；
(b)、样品的X-射线荧光光谱表明：产物的元素含量比例为1∶1∶2；
(c)、样品的退火性能表明：纤锌矿结构CuInS2在室温以及250℃以下是稳定的，超过400℃开始发生了相变，超过550℃完全发生了相变；
(b)、不同物相的CuInS2的紫外-可见-近红外光谱表明：不同物相的CuInS2，对光的吸收情况不同。

Claims (3)

1、一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法，其特征在于：包括按以下反应比例进行以下步骤：
(1)、称取1-2mmol CuCl2·2H2O，1-2mmol InCl3·4H2O和3-6mmol硫脲，放入烧杯中，加入乙醇胺溶剂中，超声分散10-15分钟，得到均匀的深蓝色的溶液；
(2)、将上述均匀的深蓝色的溶液倒入高压反应釜中，将密封的高压反应釜放在170-210℃的烘箱中反应12-24小时，随后自然冷却至室温；
(3)、最后将收集冷却后的产品，依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，真空干燥，得到黑色的固体。
2、根据权利要求1所述的一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、称取物质的量的比为1∶0.8-1.2∶2.8-3.2的CuCl2·2H2O、InCl3·4H2O和硫脲，放入烧杯中，加入乙醇胺作为溶剂进行超声分散10-15分钟，得到均匀的深蓝色的溶液；
(2)、然后将上述均匀的深蓝色的溶液倒入高压反应釜中，将密封的高压反应釜放在170-210℃的烘箱中反应12-24小时，随后自然冷却至室温；
(3)、最后将收集冷却后的产品，依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，在50-70℃下真空干燥3-5小时，得到黑色的固体。
3、根据权利要求1所述的一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法，其特征在于：乙醇胺用量为20-100ml。
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