[发明专利]一种铜铁矿结构CuFeO2晶体材料的低温制备方法

说明书

技术领域

本发明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CuFeO₂晶体材料。

背景技术

1946年，Pabst首次报道了具有铜铁矿(ABO₂)结构的CuFeO₂材料，其晶体结构是由二维密堆积的Cu⁺和Fe³⁺O₆八面体沿c轴交替堆跺而成。CuFeO₂晶体是一种典型的ABO₂结构p型半导体材料，其禁带宽度为1.5eV～2.0eV，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CuFeO₂材料，如Cu₂O和Fe₂O₃在900～1200℃高温下可以固相反应生成CuFeO₂晶体材料。没有关于纳米级CuFeO₂晶体材料的相关报道，虽然有一些水热法合成CuFeO₂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℃，反应压力3000atm时，可以制备出CuFeO₂晶体材料。2006年，W.C.Sheets等人采用Cu₂O和FeOOH为前驱反应物，利用水热法在210℃～60h下反应制备出CuFeO₂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℃～24h下反应制备出CuFeO₂晶体材料，但晶体尺寸约4μm。2014年，M.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℃～24h/96h下反应可以制备出CuFeO₂晶体材料，但晶体尺寸约1～5μm。

鉴于目前报道的CuFeO₂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ABO₂结构CuFeO₂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。

本发明以Cu(NO₃)₂为Cu源，FeCl₂为Fe源，采用H₂O为溶剂；水热反应温度为100℃～160℃，70ml H₂O作为溶剂(100ml聚四氟乙烯反应釜)，NaOH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CuFeO₂材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种快速制备铜铁矿结构CuFeO₂材料的低温水热合成方法，以制备出纳米级CuFeO₂晶体材料。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的铜铁矿结构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。

所述的反应前驱体可以是Cu(NO₃)₂和FeCl₂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(NO₃)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。