一种多级结构CuS中空球、制备方法及其应用与流程

一种多级结构cus中空球、制备方法及其应用
技术领域
1.本发明属于微纳米材料合成领域，尤其是一种多级结构的cus中空球、制备方法及其应用。


背景技术：

2.cus是一种重要的过渡金属硫化物，具有优异的光电性质，也是一种重要的p型半导体材料。cus纳米材料在光电转换开关、太阳能电池、气敏传感器、发光二极管、光催化剂、电化学电池、光学记录材料等领域中有着广泛应用。
3.目前研究人员采用水热法、模版法以及微波法等多种手段制备出了具有纳米颗粒、纳米线、纳米棒、纳米片、中空球等多种cus纳米材料。由于中空球结构特殊，cus中空球近年研究比较多，现在多是采用不同模板进行合成。例如liu等以h2s泡沫为模版采用一步溶剂热法制备了cus半导体空心球(journal of crystal growth,2009,311(3):500
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503)。此外，海等采用微波辐射法制备出了粒径为400nm左右的cus亚微米空心球结构(辐射研究与辐射工艺学报,2010)。huang等以苯乙烯
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丙烯酸共聚物的胶乳颗粒为模版制备出了cus空心球(ceramics international,2009,35(2):905
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907)。中国专利cn200710302191.7以聚合物中空球为模板结合溶胶
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凝胶、沉降反应、氧化还原过程，通过强制界面的方法或表面沉降方法制备了的复合中空球，高温烧结或溶剂选择性抽提将模板聚合物除去得到无机物、金属、有机物中空球。上述公开的cus纳米材料在制备中空球结构的过程中通常加入模板剂，后期需要将其通过刻蚀、煅烧等方法去除，导致其制备过程比较复杂。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种多级结构的cus中空球、制备方法及其应用。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种多级结构cus中空球的制备方法，包括以下步骤：
7.1)按照0.01～0.04mol/l的浓度，将铜源溶于1，2
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丙二醇中，配制成溶液a；
8.2)按照0.01～0.02mol/l的浓度，将硫源溶于去离子水中，配制成溶液b；
9.3)将溶液a和溶液b按照体积比1：(0.2～1)混合；
10.4)将上述混合液在30～60℃下反应10～14小时，反应结束后，进行洗涤、干燥，得到多级结构cus中空球。
11.进一步的，在步骤1)中，铜源为三氟甲磺酸铜、乙酰丙酮或钼酸铜。
12.进一步的，在步骤1)中，硫源为硫代氨基脲、硫代硫酸铵或l
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甲硫氨酸。
13.进一步的，洗涤次数为3～6次，真空干燥温度为60～80℃，干燥时间为8～11小时。
14.一种多级结构cus中空球，根据本发明所述的制备方法制备得到。
15.进一步的，直径为270～300nm。
16.进一步的，由一维纳米棒和二维纳米片组装而成。
17.本发明的多级结构cus中空球作为钠离子电池负极材料的应用。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.本发明的多级结构的cus中空球钠离子电池负极材料的制备方法，所用原料常见易得，设备简单，制备过程简便，重复性较强，有利于工业化批量生产。本发明的制备方法，通过改变反应参数还可以对cus中空球的尺寸进行调控，根据需要制备出保持电化学性能较好的产品。
20.本发明制备出的cus纳米材料在结构上与常见的cus材料显著不同，首先，cus一维纳米棒、二维纳米片相互交织，构成cus的一级结构；其次，cus纳米片、棒共同自组装成多孔的cus中空球，构成cus的二级结构。
21.本发明的多级结构的cus中空球作为钠离子电池负极材料使用时，cus独特的多级结构中，纳米片可以提供更多的活性位点，纳米棒可以作为骨架稳定cus的结构，中空的部分则可以缓冲cus在充放电过程中的体积变化。
附图说明
22.图1为实施例1制备的cus中空球的xrd图；
23.图2为实施例1制备的cus中空球的扫描电镜图；
24.图3为实施例1制备的cus中空球的透射电镜图；
25.图4为实施例1制备的cus中空球的循环图。
具体实施方式
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
27.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
28.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
29.实施例1
30.1)将0.01mol/l的三氟甲磺酸铜溶于1，2
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丙二醇中，配制成溶液a；
31.2)将0.01mol/l的硫代氨基脲溶于去离子水中，配制成溶液b；
32.3)将溶液a和b按照体积比1：0.2混合；
33.4)将上述混合液在60℃下反应10小时，反应结束后，用去离子水、乙醇洗涤3次，60℃真空干燥11小时，得到多级结构cus中空球。
34.参见图1，图1为本发明制备的cus微纳米材料的xrd图，从图1可以确定cus中空球物相组成，具有较高的纯度。
35.参见图2，图2为实施例1产物的扫描电镜图，其中制得的cus中空球形貌特征鲜明，呈规整的纳米球形，直径大约为270～300nm。
36.参见图1，图3为产物的透射电镜图，从图中可以看出cus一维纳米棒、二维纳米片自组装成独特的纳米级多级结构中空球。
37.参见图4，图4给出了cus中空球作为钠离子电池负极材料的循环图，其中，在电流密度为10a/g下，循环100次之后的放电比容量为309mah/g，库伦效率接近99％。
38.实施例2
39.1)将0.04mol/l的乙酰丙酮溶于1，2
‑
丙二醇中，配制成溶液a；
40.2)将0.02mol/l的硫代硫酸铵溶于去离子水中，配制成溶液b；
41.3)将溶液a和b按照体积比1：1混合；
42.4)将上述混合液在30℃下反应14小时，反应结束后，用去离子水、乙醇洗涤6次，80℃真空干燥8小时，得到多级结构cus中空球。
43.实施例3
44.1)将0.02mol/l的钼酸铜溶于1，2
‑
丙二醇中，配制成溶液a；
45.2)将0.02mol/l的l
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甲硫氨酸溶于去离子水中，配制成溶液b；
46.3)将溶液a和b按照体积比1：0.4混合；
47.4)将上述混合液在50℃下反应12小时，反应结束后，用去离子水、乙醇洗涤5次，70℃真空干燥9小时，得到多级结构cus中空球。
48.实施例4
49.1)将0.03mol/l的三氟甲磺酸铜溶于1，2
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丙二醇中，配制成溶液a；
50.2)将0.01mol/l的硫代氨基脲溶于去离子水中，配制成溶液b；
51.3)将溶液a和b按照体积比1：0.6混合；
52.4)将上述混合液在60℃下反应9小时，反应结束后，用去离子水、乙醇洗涤4次，60℃真空干燥10小时，得到多级结构cus中空球。
53.本发明利用廉价易得的原料及简便高效的制备条件完成了cus中空球的制备，并得到了独特的多级结构中空球形状，作为钠离子电池负极材料，具有较好的电化学性能。
54.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。