本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，涉及一種超導(dǎo)材料，具體來(lái)說(shuō)是一種采用濃堿水熱法制備BiOCuS納米片的方法。

背景技術(shù)：

自從1986年銅氧化物高溫超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，高溫超導(dǎo)材料以其良好的應(yīng)用前景受到科學(xué)界的廣泛關(guān)注。從超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)至今，人們對(duì)超導(dǎo)材料的探索與研究已有百年的歷史。超導(dǎo)材料的類型越來(lái)越多，從一開(kāi)始的超導(dǎo)元素以及超導(dǎo)的金屬合金逐步發(fā)展，至今已發(fā)現(xiàn)了銅系氧化物高溫超導(dǎo)體、鐵基超導(dǎo)體以及各類有機(jī)物超導(dǎo)體等等。在隨后較短的時(shí)間內(nèi)，研究人員發(fā)現(xiàn)了一大批具有不同結(jié)構(gòu)的新型鐵基超導(dǎo)材料，到目前為止，共發(fā)現(xiàn)有4種結(jié)構(gòu)類型的鐵基超導(dǎo)材料。（1）1111型鐵基超導(dǎo)材料。（2）122型鐵基超導(dǎo)材料。（3）111型鐵基超導(dǎo)材料。（4）11型鐵硫超導(dǎo)材料。本文的BiOCuS即是類似于111型鐵基超導(dǎo)材料，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度T_c約為5.8K。高溫、高壓燒結(jié)合成法是目前用來(lái)制備高溫超導(dǎo)體的主要方法之一。用此方法可以制備出常壓下不能合成和難以合成的化合物，也可用來(lái)提高超導(dǎo)體的臨界溫度。此外還有共沉淀法，但是此方法對(duì)反應(yīng)物鹽類的選擇極為苛刻，反應(yīng)物鹽類必須在其它溶劑中要有足夠大的溶解度，以確保沉淀時(shí)成分化學(xué)配比不偏離。以及熔融合成法，但是目前常用的坩堝都或多或少地對(duì)樣品有所污染，而這些污染可能致使超導(dǎo)電性降低。

專利“采用 BiOCuS 作為吸收層的薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法”（CN103606574A）公開(kāi)了一種固相法制備BiOCuS材料。提供一種采用BiOCuS替代Cu(In,Ga)(S,Se)2作為吸收層材料的薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法，從而進(jìn)一步降低太陽(yáng)能電池的制備成本。但是固相燒結(jié)對(duì)儀器能耗要求較高，而且原料細(xì)度及純度要求也較高。

到目前為止，在水溶液體系中通過(guò)濃堿水熱法制備BiOCuS納米片材料的方法未見(jiàn)報(bào)道。因此，探索并研究BiOCuS納米片的制備方法是具有實(shí)際意義的一項(xiàng)工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種采用濃堿水熱法制備BiOCuS納米片的方法，所述的這種采用濃堿水熱法制備BiOCuS納米片的方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中制備BiOCuS納米片的方法工藝復(fù)雜、能耗高、對(duì)原料要求高的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明提供了一種采用濃堿水熱法制備BiOCuS納米片的方法，包括如下步驟：

1)稱取反應(yīng)物前驅(qū)體含硫化合物、氧化銅或可溶性銅鹽、氧化鉍或可溶性鉍鹽、強(qiáng)堿和去離子水，所述的反應(yīng)物前驅(qū)體含硫化合物、氧化銅或可溶性銅鹽、氧化鉍或可溶性鉍鹽、強(qiáng)堿和去離子水的物料比為6-30 mmol：4-16 mmol：2-8 mmol：5-35 g：10-50 mL；所述含硫化合物可選自硫脲、硫粉、硫化鈉、硫代乙酸、硫代硫酸鈉或硫代乙酰胺中任意一種；所述強(qiáng)堿選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銣或氫氧化銫中任意一種；所述的可溶性銅鹽選自氯化銅、氯化亞銅、或者乙酸銅中任意一種；

2)依次將反應(yīng)物前驅(qū)體含硫化合物、l氧化銅或可溶性銅鹽、氧化鉍或可溶性鉍鹽、強(qiáng)堿、去離子水加入到反應(yīng)釜中，在室溫下攪拌5-30 min至反應(yīng)物溶解；

3)然后將反應(yīng)釜密封放入到180-240 ℃的真空烘箱中反應(yīng)1-5天，最后離心、干燥即得BiOCuS納米片。

進(jìn)一步的，所述的可溶性鉍鹽選自五水硝酸鉍、氯化鉍、醋酸鉍中任意一種。

進(jìn)一步的，在步驟3）中，離心時(shí)，轉(zhuǎn)速為1000-8000轉(zhuǎn)/min。

本發(fā)明該反應(yīng)的機(jī)理為：采用濃堿水溶液作為反應(yīng)體系，通過(guò)對(duì)反應(yīng)體系加熱、加壓，形成一個(gè)相對(duì)高溫、高壓的反應(yīng)環(huán)境，進(jìn)而合成由[Bi₂O₂]²⁺和[Cu₂S₂]^2-組成的層狀BiOCuS納米片，其形成的化學(xué)方程式為：

4Cu²⁺+7S+4Bi³⁺+26OH^—→4BiOCuS+3SO₃^2—+13H₂O

本發(fā)明采用水熱法制備BiOCuS納米片，在將金屬鹽溶解的過(guò)程中，反應(yīng)溫度降低了，由固相法的500-800℃降低到水熱反應(yīng)的180-260℃，可以有效的避免能耗要求較高，而且原料細(xì)度及純度要求也較高的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進(jìn)步是顯著的。本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單，制備容易，反應(yīng)溫度降低，元素化學(xué)計(jì)量比控制精確，所用前驅(qū)體材料成本低廉、無(wú)毒性，制備的納米片可作為超導(dǎo)材料。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1合成的BiOCuS納米片的掃描電鏡圖，從圖中可以看出其形貌為方形，邊長(zhǎng)大概為1μm，厚度約為35nm。

圖2為實(shí)施例1合成的BiOCuS納米片的晶體結(jié)構(gòu)圖，可以看出其是由[Bi₂O₂]²⁺層和[Cu₂S₂]^2-層組成的二維層狀結(jié)構(gòu)。

圖3為實(shí)施例1合成的BiOCuS粉末的XRD衍射圖譜，可以看出結(jié)晶性較好，且不含其它雜相。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)闡述。

實(shí)施例1

首先依次將反應(yīng)物前驅(qū)體6 mmol硫粉、4 mmol氯化銅、2 mmol五水硝酸鉍、5 g氫氧化鉀、10 mL去離子水加入到反應(yīng)釜中，在室溫下攪拌30 min至反應(yīng)物溶解，然后將反應(yīng)釜密封放入200 ℃的真空烘箱中反應(yīng)3天，最后離心、干燥即得BiOCuS納米片。

實(shí)施例2

首先依次將反應(yīng)物前驅(qū)體8 mmol硫化鈉、6 mmol氧化銅、4 mmol醋酸鉍、10 g氫氧化銫、20 mL去離子水加入到反應(yīng)釜中，在室溫下攪拌15 min至反應(yīng)物溶解，然后將反應(yīng)釜密封放入240 ℃的真空烘箱中反應(yīng)4天，最后離心、干燥即得BiOCuS納米片。

實(shí)施例3

首先依次將反應(yīng)物前驅(qū)體30 mmol硫脲、16 mmol氯化亞銅、8 mmol氧化鉍、20 g氫氧化鈉、50 mL去離子水加入到反應(yīng)釜中，在室溫下攪拌20 min至反應(yīng)物溶解，然后將反應(yīng)釜密封放入200 ℃的真空烘箱中反應(yīng)5天，最后離心、干燥即得BiOCuS納米片。

實(shí)施例4

首先依次將反應(yīng)物前驅(qū)體18 mmol硫代乙酸、10 mmol乙酸銅、6 mmol氯化鉍、35 g氫氧化銣、30 mL去離子水加入到反應(yīng)釜中，在室溫下攪拌5 min至反應(yīng)物溶解，然后將反應(yīng)釜密封放入180 ℃的真空烘箱中反應(yīng)2天，最后離心、干燥即得BiOCuS納米片。

實(shí)施例5

首先依次將反應(yīng)物前驅(qū)體12 mmol硫代硫酸鈉、8 mmol氧化銅、5 mmol碳酸鉍、15 g氫氧化鈉、25 mL去離子水加入到反應(yīng)釜中，在室溫下攪拌25 min至反應(yīng)物溶解，然后將反應(yīng)釜密封放入230 ℃的真空烘箱中反應(yīng)1天，最后離心、干燥即得BiOCuS納米片。

實(shí)施例6

首先依次將反應(yīng)物前驅(qū)體16 mmol硫代乙酰胺、12 mmol乙酸銅、8 mmol五水硝酸鉍、23 g氫氧化鉀、40 mL去離子水加入到反應(yīng)釜中，在室溫下攪拌15 min至反應(yīng)物溶解，然后將反應(yīng)釜密封放入230 ℃的真空烘箱中反應(yīng)3天，最后離心、干燥即得BiOCuS納米片。