一种八面体形貌CuFeO2材料的制备方法与流程

本发明涉及能源材料领域，特别是涉及应用于光电化学分解水的八面体形貌cufeo2材料的制备方法。

背景技术：

近年来，由于铜铁矿结构的cubo2材料（其中b为al、cr、ga、fe等）具有高空穴迁移率、光化学稳定性等优点，同时具有特殊的光、电、磁等特性，其在光电化学阴极、发光二极管、锂离子电池以及荧光材料等方面具有广泛应用。特别是对于cufeo2材料，其完全由地壳中的含量丰富的铜、铁、氧组成，带隙约为1.5ev，拥有适当的吸光能力，合适的能带结构，良好的稳定性，及相对高的电导率，是潜在的高效率光电化学阴极材料。因此，cufeo2材料的可控制备与性能研究是当前的热点。

目前，合成cufeo2的现有技术方法有固相反应法和溶胶-凝胶法等，这些反应方法能耗高，反应时间长，操作复杂，且无法控制样品的形貌，而形貌会影响样品的暴露晶面，进而影响材料对反应分子的吸附和活化，最终影响材料的光电化学性能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种八面体形貌cufeo2材料的制备方法，该形貌的cufeo2材料能够促进cufeo2高活性晶面的暴露，最终获得高效的光电化学性能。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种八面体形貌cufeo2材料的制备方法，配制含cu²⁺和fe²⁺的混合溶液，向混合溶液中加入含柠檬酸根的溶液，继续加入聚乙烯吡咯烷酮（pvp），搅拌均匀后，加入矿化剂naoh，水热反应一定时间后，所得产物离心洗涤、干燥后得到八面体形貌cufeo2材料。

优选的，采用cuso4·5h2o与feso4·7h2o配制含cu²⁺离子和fe²⁺的混合溶液。

更优选的，cuso4·5h2o与feso4·7h2o的摩尔比为1:1。

优选的，采用无水柠檬酸或三水合柠檬酸三钠配制含柠檬酸根的溶液。

优选的，柠檬酸根与cu²⁺的摩尔比为2:1。

更优选的，聚乙烯吡咯烷酮（pvp）与cuso4·5h2o的质量比为0.4~2：1。

更优选的，矿化剂naoh与cuso4·5h2o的摩尔比为50~80:1。

优选的，水热反应的温度为120℃~160℃，反应时间为4~8h，保证反应充分。

优选的，干燥温度为50℃~80℃，时间为4~8h，保证材料充分干燥。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能耗低，反应时间短，操作简单，制得八面体形貌cufeo2材料，能够促进cufeo2高活性晶面的暴露，最终获得高效的光电化学性能。

附图说明

图1是本发明实施例1所制备材料的扫描电子显微镜图。

图2是本发明实施例1所制备材料的粉末x射线衍射谱图。

图3是本发明实施例2所制备材料的扫描电子显微镜图。

图4是本发明实施例2所制备材料的粉末x射线衍射谱图。

图5是本发明实施例3所制备材料的扫描电子显微镜图。

图6是本发明实施例3所制备材料的粉末x射线衍射谱图。

具体实施方式

本发明采用柠檬酸根作为小分子配体，使得制备的cufeo2具有八面体形貌。柠檬酸根的羧基具有较强的配位能力，可以优先吸附在cufeo2的特定晶面上，降低这些晶面的表面能，从而保护这些晶面，防止其在水热制备过程中消失。而加入pvp则是为了增大溶液的黏度，降低溶液中离子的扩散速度，限制成核粒子的生长以减小产物粒子的尺寸。所述方法过程简便、原料廉价，所制备的八面体形貌cufeo2材料可应用于光电化学分解水等领域。

本发明所述的八面体形貌cufeo2材料的制备方法，按照下列步骤进行：

1）配两组溶液：分别将cuso4·5h2o和feso4·7h2o溶于水中得到溶液，将二溶液混合，cuso4·5h2o与feso4·7h2o的摩尔比为1:1；

2）称取一定量的无水柠檬酸或三水合柠檬酸三钠，配置成溶液，分别加入到之前的溶液中，无水柠檬酸或三水合柠檬酸三钠与cuso4·5h2o的摩尔比为2:1；

3）继续加入聚乙烯吡咯烷酮（pvp），搅拌均匀，聚乙烯吡咯烷酮（pvp）与cuso4·5h2o的质量比为0.4~2：1；

4）加入矿化剂naoh，矿化剂naoh与cuso4·5h2o的摩尔比为50~80:1；

5）将上述混合物放入反应釜中水热反应一定时间；

6）将产物用乙醇多次离心洗涤，其中水洗三次，乙醇洗三次；

7）将产物放入烘箱中干燥4~8h。

实施例1

采用水热法合成制备八面体cufeo2微粒，方法具体步骤如下：

称取1mmolcuso4·5h2o和feso4·7h2o，配成20ml溶液，再称取2mmol无水柠檬酸，加入到之前的20ml混合溶液中，继续称取0.1gpvp加入到混合液中，经超声搅拌后，将形成的母液转移到30ml的反应釜内；称取50mmolnaoh，溶于10ml水中，接着将naoh溶液加入到反应釜内，在160℃的烘箱中反应6h，将产物多次醇洗后转移到60℃的烘箱中干燥6h，得到产物。

图1是本发明实施例1所制备产物的扫描电子显微镜图，从图中可以看出样品形貌为八面体结构。

图2是本发明实施例1所制备材料的粉末x射线衍射谱图，从图中可以看出所制备的样品为铜铁矿结构的cufeo2（jcpds：39-0246，jcpds：79-1546）。

实施例2

采用水热法合成制备八面体cufeo2微粒，方法具体步骤如下：

称取1mmolcuso4·5h2o和feso4·7h2o，配成20ml溶液，再称取2mmol无水柠檬酸，加入到之前的20ml混合溶液中，继续称取0.5gpvp加入到混合液中，经超声搅拌后，将形成的母液转移到30ml的反应釜内；称取80mmolnaoh，溶于10ml的水中，接着将naoh溶液加入到反应釜内，在160℃的烘箱中反应6h，将产物多次醇洗后转移到60℃的烘箱中干燥6h，得到产物

图3是本发明实施例2所制备产物的扫描电子显微镜图，从图中可以看出样品形貌为八面体结构。

图4是本发明实施例2所制备材料的粉末x射线衍射谱图，从图中可以看出所制备的样品为铜铁矿结构的cufeo2（jcpds：39-0246，jcpds：79-1546）。

实施例3

采用热法合成制备八面体cufeo2微粒，方法具体步骤如下：

称取1mmolcuso4·5h2o和feso4·7h2o，配成20ml溶液，再称取2mmol三水柠檬酸三钠，加入到之前的20ml混合溶液中，继续称取0.5gpvp加入到混合液中，经超声搅拌后，将形成的母液转移到30ml的反应釜内；称取80mmolnaoh，分别溶于10ml的水中，接着将naoh溶液分别加入到反应釜内，在160℃的烘箱中反应6h，将产物多次醇洗后转移到60℃的烘箱中干燥6h，得到产物。

图5是本发明实施例3所制备产物的扫描电子显微镜图，从图中可以看出样品形貌为八面体结构。

图6是本发明实施例3所制备材料的粉末x射线衍射谱图，从图中可以看出所制备的样品为铜铁矿结构的cufeo2（jcpds：39-0246，jcpds：79-1546）。