一种简易Cu2MoS4量子点材料合成方法

摘要

本发明涉及无机Cu2MoS4材料合成领域，具体涉及一种简易Cu2MoS4量子点材料合成方法；本发明的合成方法包含三个步骤，通过利用廉价的氧化亚铜及乙二醇作为原料，通过溶剂热法成功的制备出了结晶好、纯度高的Cu2MoS4量子点材料。利用冷冻干燥技术，避免了在获取量子点粉体时结块团聚现象，有利于后期的测试及应用。通过X射线技术及投射电子显微技术，成功的证明了所得样品的纯正物相结构。相比较于其他该类材料的合成方法，此方法具有工艺简单，成本低廉，已与大规模生产等特点。该Cu2MoS4量子点可用光电催化及储能器件中。同时本发明提出的合成策略可作为参考，应用于其他三元过渡金属硫族化合物量子点的合成制备中。

权利要求

1.一种简易Cu2MoS4量子点材料合成方法，其特征在于：所述合成方法的步骤如下：(1)称取二水合氯化铜和聚乙烯吡咯烷酮溶解在纯水中，磁力搅拌，之后分别加入加氢氧化钠溶液和抗坏血酸溶液，水浴搅拌，经洗涤后干燥，得黄色氧化亚铜粉末；

(2)将所述黄色氧化亚铜粉体和四硫代钼酸铵溶解在乙二醇中；超声搅拌分散30min，得到深红色混合溶液，装入反应釜，放入烘箱中，得到紫红色粉体；

(3)将所得到的紫红色粉体，进行离心，洗涤，最后真空干燥，得到最终样品。

所述步骤(2)中，所述反应釜内的反应温度是180℃，反应时间是24h。

2.根据权利要求1所述的简易Cu2MoS4量子点材料合成方法，其特征在于：所述乙二醇为分析纯，所用纯水为实验用去离子水。

3.根据权利要求1所述的简易Cu2MoS4量子点材料合成方法，其特征在于：所述步骤(1)中，水浴搅拌温度为55℃，水浴搅拌时间是3h，经离心洗涤后，进行真空干燥。

4.根据权利要求1所述的简易Cu2MoS4量子点材料合成方法，其特征在于：所述步骤(1)中氯化铜与PVP的质量比为1：2；所述氢氧化钠和抗坏血酸的浓度分别为2.0mol/L、0.6mol/L。

5.根据权利要求1所述的简易Cu2MoS4量子点材料合成方法，其特征在于：所述步骤(2)中，氧化亚铜粉末和四硫代钼酸铵的质量比例为1：2，所述乙二醇溶液中乙二醇的体积为

20mL，所用反应釜容积为50mL。

6.根据权利要求1所述的简易Cu2MoS4量子点材料合成方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述离心洗涤时的转速为20000转/min，真空干燥的温度为60℃，时间为24h。

说明书

一种简易Cu2MoS4量子点材料合成方法

技术领域

[0001] 本发明涉及无机Cu2MoS4材料合成领域，具体涉及一种简易Cu2MoS4量子点材料合成方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着材料合成工艺和手段的不断发展和进步，越来越多的不同种类、形貌的无机材料被成功的制备出来。同时，这些无机材料在人类日常生产生活中起到了不可或缺的作用，如碳材料，过渡金属化合物，陶瓷等等。其中，量子点材料由于与传统体相材料有着巨大的差异而被广泛研究报道。量子点一般指粒径小于10nm的纳米颗粒。正因为其超小的尺寸，诱发了其极为特殊的光、电、热学性能。目前量子点的主要应用领域有量子计算、光电器件、荧光标记等等。制备量子点材料有很多方法，其中包括有机相合成法，水热合成法，热注入法等等。然而，不同材料得需要不同的制备方法。就目前而言，人类所能制备的量子点材料的种类极为有限。所以，积极探索开展基于新材料的量子点合成策略有着十分重大的意义。

[0003] 三元Cu2MoS4材料，作为一种常见的层状过渡金属硫族化合物，被广泛的应用于光催化、电催化、光伏器件及锂电池中。据目前的报道而言，该类材料主要合成手段为水热法和溶剂热法。前人已经报道的该类材料主要有，纳米片、纳米棒、空心纳米球等等。尚未出现基于该类材料的量子点，说明在该类量子点材料合成过程中，仍然存在着一定的合成技术难度，如二元化合物杂质的生成，材料形貌不均一等。如何利用现有的和合成策略或者新的合成方法制备Cu2MoS4量子点材料，成为当前无机材料学家需要解决的问题。

[0004] 本着提出新的合成策略的原则，采用氧化亚铜为原料，利用基于乙二醇为溶剂的溶剂热法，成功的合成出形貌均一、结晶性良好，纯度高的Cu2MoS4量子点材料。通过X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜及X射线光电子能谱成功的表征了该量子点的形貌和微观结构。该Cu2MoS4量子点有望成功的应用于光催化、电催化、光伏器件及其他储能器件中。同时，该合成策略有望成功的应用于其他三元过渡金属硫族化合物的合成制备中。

发明内容

[0005] (一)解决的技术问题

[0006] 为解决现有技术的不足，本发明提供了一种通过简单原料，利用溶剂热法合成Cu2MoS4量子点的方法，由此方法得到的Cu2MoS4量子点具有制备方法简单，纯度高，形貌均一规整等优异性质。

[0007] (二)技术方案

[0008] 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

[0009] 一种简易Cu2MoS4量子点材料合成方法，其特征在于：所述合成方法的步骤如下：

[0010] (1)称取二水合氯化铜和聚乙烯吡咯烷酮溶解在纯水中，磁力搅拌，之后分别加入加氢氧化钠溶液和抗坏血酸溶液，水浴搅拌，经洗涤后干燥，得黄色氧化亚铜粉末；

[0011] (2)将所述黄色氧化亚铜粉末，四硫代钼酸铵分别加入到一定体积的乙二醇溶液中，持续超声搅拌0.5h，得到血红色溶液；装入反应釜，放入烘箱中，得到紫红色粉体；

[0012] (3)将所得到的紫红色粉体，进行离心，洗涤，最后真空干燥，得到最终样品。

[0013] 优选的，所述乙二醇为分析纯，所用纯水为实验用去离子水。

[0014] 优选的，所述步骤(1)中，水浴搅拌温度为55℃，水浴搅拌时间是3h，经离心洗涤后，进行真空干燥。

[0015] 优选的，所述步骤(1)中氯化铜与PVP的质量比为1：2；所述氢氧化钠和抗坏血酸的浓度分别为2.0mol/L、0.6mol/L。

[0016] 优选的，所述步骤(2)中，氧化亚铜粉末和四硫代钼酸铵的质量比例为1：2，所述乙二醇溶液中乙二醇的体积为20mL，所用反应釜容积为50mL。

[0017] 优选的，所述步骤(2)中，所述反应釜内的反应温度是180℃，反应时间长是24h.[0018] 优选的，所述步骤(3)中，所述离心洗涤时的转速为20000转/min，真空干燥的温度为60℃，时间为24h。

[0019] (三)有益效果

[0020] 本发明还提供了由上述方法制备得到的Cu2MoS4量子点的基本物性表征。

[0021] 本发明采用氧化亚铜为原料。相比较于其他研究中的CuCl、[Cu(CH3CN)](BF4)等，该原料具有廉价、易制备、产量大等优点。在工业化量产的应用中，利用该原料具有重大意义。

[0022] 传统的加热干燥过程中，量子点会团聚结块，这样的材料在后续的表征和应用中不容易分散，直接影响测试结果和实际应用表现。与热干燥相反的是，可以通过冷冻干燥来保持除去其中的水分，来得到疏松的粉体，避免结块团聚，减少后期处理成本。同时低温冷冻干燥的使用，也避免的在热干过程中出现的量子点中亚铜离子的氧化。

[0023] 在合成该量子点策略中，使用了廉价易得的乙二醇作为溶剂，避免了昂贵的有机试剂(油胺等)的使用。同时，该溶剂为环境友好型溶剂，在后续洗涤样品过程中不会对人体和环境造成损害。

[0024] 本发明的有益效果是：本发明通过利用廉价的氧化亚铜及乙二醇作为原料，通过溶剂热法成功的制备出了结晶好、纯度高的Cu2MoS4量子点材料。利用冷冻干燥技术，避免了在获取量子点粉体时结块团聚现象，有利于后期的测试及应用。通过X射线技术及投射电子显微技术，成功的证明了所得样品的纯正物相结构。相比较于其他该类材料的合成方法，此方法具有工艺简单，成本低廉，已与大规模生产等特点。该Cu2MoS4量子点可用光电催化及储能器件中。同时本发明提出的合成策略可作为参考，应用于其他三元过渡金属硫族化合物量子点的合成制备中。

附图说明

[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0026] 图1为本发明中Cu2MoS4纳米片的X射线衍射图；

[0027] 图2为本发明中Cu2MoS4纳米片的电子显微镜表征图；其中A图为投射电子显微镜图，B图为高分辨投射电子显微镜图；

[0028] 图3为本发明Cu2MoS4量子点的X射线光电子能谱图。

具体实施方式

[0029] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0030] 实施例1：

[0031] 本发明Cu2MoS4量子点的制备

[0032] 仪器：电子天平，JA3003，上海方瑞仪器有限公司；恒温磁力搅拌器，DF-101S，郑州长城科工茂有限公司；超声波清洗器，KQ-700DE，昆山市超声仪器有限公司；台式高速离心机，TGL-16B，上海安亭科学仪器厂；冷冻干燥机Lab-1-80，北京博医康实验仪器有限公司；其他常规仪器：烧瓶，烧杯、量筒、离心管等。

[0033] 具体涉及一种简易合成Cu2MoS4量子点材料的方法，步骤如下：

[0034] (1)将0.171g CuCl2·2H2O和3.333g PVP溶解在100mL去离子水中；在磁力搅拌的条件下，先后加入NaOH(2.0M，10.0mL)和抗坏血酸(0.6M，10.0mL)的水溶液；1h后得到亮黄色悬浊液。以上反应过程均在室温下进行。反应产物通过离心(8000r/min)进行收集，并用去离子水和无水乙醇反复洗涤，最后将产物在真空干燥箱中进行干燥，最终得到氧化亚铜分体；

[0035] (2)首先将54mg氧化亚铜粉体和108mg四硫代钼酸铵溶解在30mL乙二醇中；超声搅拌分散30min，得到深红色混合溶液；将深红色反应前驱液装入50mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中，密封好后，放入经过预热的鼓风干燥箱中，在180℃反应24h；温度自然冷却到室温后，离心(20000r/min)收集反应产物，并用去离子水和无水乙醇进行洗涤并在干燥箱中烘干。

[0036] 将上述Cu2MoS4量子点采用X射线衍射对其进行结构测试分析。如图1所示，所得到的Cu2MoS4为P相。从该图中可以发现没有杂峰形成，表明产物具有较高的纯度，反应过程中无杂质生成。衍射峰具有一定程度的宽化，可能是因为该样品粒径较小导致。同时，该谱图中有较为明显的衍射峰，表明产物具有一定的结晶度。

[0037] 将上述Cu2MoS4量子点采用投射电子显微镜对其进行形貌和结构测试分析，如图2所示，其中图A显示从投射电子显微镜照片可以发现Cu2MoS4量子点样品，整体呈现一定程度的立方状，颗粒大小在5-10nm左右，且具有一定的结晶性。图B显示Cu2MoS4量子点的高分辨透射电子显微镜图。图中，所测量的晶格间距为0.54nm，对应着P相Cu2MoS4晶体结构中的{001}面。进一步证实了，所述材料为纯相Cu2MoS4，与X射线衍射的结果相一致。

[0038] 将上述Cu2MoS4量子点采用X射线光电子能谱进行元素电子态的测试分析。结果如图3所示,Cu、Mo和S的价态分别为+1、+6和-2价。

[0039] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0040] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。