专利名称：一种纤锌矿型结构CuInS<sub>2</sub>的溶剂热合成方法
技术领域：
本发明涉及一种无机合成方法，具体是一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热 合成方法。
背景技术：
I-III-Vl2族三元硫属化合物半导体ABM2(A^Cu，Ag;B二Al，Ga,In;M二S,Se,Te) 在常温常压下，通常具有黄铜矿结构(四方结构)。因其在光电器件、非线性光 学器件、光电太阳能电池材料、激光二极管等方面具有广泛的应用价值而备受关 注。但在高温和高压的情况等苛刻的实验条件下，也能得到无序的闪锌矿(立方 结构)或纤锌矿结构(六方结构)。例如Binsma等在1980年在研究Cu2S-Iri2S3混合 物相图时发现在850。C左右反应生成的黄铜矿结构CuInS2在980。C以下时稳定， 当温度升高到980。C以上和1045。C以上时，分别发生了向无序的闪锌矿(立方结 构)或纤锌矿结构(六方结构)的转变。高温X射线衍射分析证实了闪锌矿相 CuInS2的存在。但是高温相CuInS2不能稳定存在，当温度降低时，又转变成了低 温的黄铜矿结构。从晶体结构的角度来看，大部分I-III-Vl2族三元疏属化合物在 特定的条件下能实现从有序到无序的转化，从而得到不同物相的产物。近来，Pan 等在合成纳米材料CuInS2时，于高沸点溶剂中(油胺、十二硫醇)首次合成了纤 锌矿结构CuInS2，但该合成方法复杂，原材料昂贵，产品清洗过程中要用到己烷、 氯仿等有机试剂，对环境造成了 一定的污染。
发明内容
本发明提供了一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法，其操作简单，成 本低，产物清洗简单，不会对环境造成污染。 本发明的技术方案为
一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法，其特征在于包括按以下反 应比例进行以下步骤
(1 )、称取l-2mmol CuCl2'2H20, l-2画o1 InCl3'4H20和3-6mmol硫脲，放 入烧杯中，加入乙醇胺溶剂中，超声分散10-15分钟，得到均勾的深蓝色的溶液；(2) 、将上述均匀的深蓝色的溶液倒入高压反应釜中，将密封的高压反应釜 放在170 -210"的烘箱中反应12-24小时，随后自然冷却至室温；
(3) 、最后将收集冷却后的产品，依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，真空干燥， 得到黑色的固体。
所述的一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法，其特征在于包括以 下步骤
(1) 、称取物质的量的比为1: 0.8-1.2: 2.8-3.2的CuCl2'2H20、 InCl3-4H20 和硫脲，放入烧杯中，加入乙醇胺作为溶剂进行超声分散10-15分钟，得到均匀 的深蓝色的溶液；
(2) 、然后将上述均匀的深蓝色的溶液倒入高压反应釜中，将密封的高压反 应釜放在170 -210°〇的烘箱中反应12-24小时，随后自然冷却至室温；
(3) 、最后将收集冷却后的产品，依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，在50-70。C 下真空干燥3-5小时，得到黑色的固体。
乙醇/设用量为20—100 m丄。
本发明具有操作简单，成本低，产物清洗简单，不会对环境造成污染等优点， 且本发明通过简单的一步溶剂热合成法， 一步合成了纤锌矿结构CuInS2亚稳相， 有利于拓宽I-III-Vl2族三元疏属化合物半导体的应用范围。纤锌矿结构CuInS2亚 稳新相可应用在光电器件，非线性光学器件，光电太阳能电池材料，激光二极管 等方面。
图1是本发明合成的CuInS2样品的XRD衍射花样图。 图2是本发明合成的CuInS2样品的X -射线荧光光谱图。 图3是本发明合成的CuInS2样品的X射线衍射花样图。 图4是不同物相的CuInS2的紫外-可见-近红外光谱图。 图5是本发明合成的CuInS2样品的光致发光光谱图。
具体实施例方式
本发明的合成方法如下
(1 )、称取l-2mmol CuCl2'2H20， l-2mmol InCly4H20和3-6mmol硫脲，放 入烧杯中，加入40ml乙醇胺，超声分散10-15分钟，得到均匀的深蓝色的溶液；
4(2 )、将上述均匀的深蓝色的溶液倒入高压反应釜中，将反应釜放在170 -210 。C的烘箱中反应12-24小时，随后自然冷却至室温；
(3)、然后收集冷却后的产品，依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，在60 。C下 真空干燥4小时，得到黑色的固体样品；
(4 )材料鉴定
(a) 、经X射线衍射仪分析表明制备的产物为纤锌矿结构CuInS2亚稳新相， 并对衍射花样进行了 一系列的数值拟合；
(b) 、样品的X-射线荧光光谱表明产物的元素含量比例为l: 1: 2;
(c) 、样品的退火性能表明纤锌矿结构CuInS2在室温以及250 。C以下是稳 定的，超过400'C开始发生了相变，超过55(TC完全发生了相变；
(b)、不同物相的CuInS2的紫夕卜可见-近红外光谱表明不同物相的CuInS2， 对光的吸收情况不同。
权利要求
1、一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法，其特征在于包括按以下反应比例进行以下步骤(1)、称取1-2mmol CuCl2·2H2O，1-2mmol InCl3·4H2O和3-6mmol硫脲，放入烧杯中，加入乙醇胺溶剂中，超声分散10-15分钟，得到均匀的深蓝色的溶液；(2)、将上述均匀的深蓝色的溶液倒入高压反应釜中，将密封的高压反应釜放在170-210℃的烘箱中反应12-24小时，随后自然冷却至室温；(3)、最后将收集冷却后的产品，依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，真空干燥，得到黑色的固体。
2、 根据权利要求1所述的一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法，其 特征在于包括以下步骤(1) 、称取物质的量的比为1: 0.8-1.2: 2.8-3.2的CuCl2'2H20、 InCl3-4H20 和硫脲，放入烧杯中，加入乙醇胺作为溶剂进行超声分散10-15分钟，得到均匀 的深蓝色的溶液；(2) 、然后将上述均匀的深蓝色的溶液倒入高压反应釜中，将密封的高压反 应釜放在170 -210°(:的烘箱中反应12-24小时，随后自然冷却至室温；(3) 、最后将收集冷却后的产品，依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，在50-70。C 下真空干燥3-5小时，得到黑色的固体。
3、 根据权利要求1所述的一种纤锌矿型结构CuInS2的溶剂热合成方法，其 特征在于乙醇胺用量为20-100 ml。
全文摘要
本发明公开了一种纤锌矿型结构CuInS<sub>2</sub>的溶剂热合成方法，包括以下步骤称取1-2mmol CuCl<sub>2</sub>·2H<sub>2</sub>O，1-2mmol InCl<sub>3</sub>·4H<sub>2</sub>O和3-6mmol硫脲，放入烧杯中，加入乙醇胺溶剂中；将得到的均匀的深蓝色的溶液倒入反应釜中，将反应釜放在170-210℃的烘箱中反应12-24小时，随后自然冷却至室温；最后将收集冷却后的产品，依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤，得到黑色的固体样品。本发明具有操作简单，成本低，产物清洗简单，不会对环境造成污染等优点，且本发明通过简单的一步溶剂热合成法，一步合成了纤锌矿结构CuInS<sub>2</sub>亚稳相，有利于拓I-III-VI<sub>2</sub>族三元硫属化合物半导体的应用范围。纤锌矿结构CuInS<sub>2</sub>亚稳新相可应用在光电器件，非线性光学器件，光电太阳能电池材料，激光二极管等方面。
文档编号C01G15/00GK101559978SQ200910116920
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月31日 优先权日2009年5月31日
发明者刘亚南, 刘强春, 戴建明 申请人:淮北煤炭师范学院