一種銅納米立方體可控制備的方法與流程

2023-09-19 05:55:55 5

本發明涉及納米材料製備技術領域，具體地說，是一種銅納米立方體可控制備的方法。

背景技術：

納米粒子自引起研發熱情不久人們就發現納米粒子的尺寸和形狀對其金屬性質的影響不容忽視，因此納米粒子如何可控制備成為了持久的熱點。可控制備不僅僅是要求能對納米粒子的尺寸實現可控、還要能夠對其形貌(如球體、立方體、多面體、棒狀體、甚至空心體等等)和組成(如單一或合金)同樣實現可控，也正是這些要求吸引了人們越來越多的關注。

金屬銅由於其具有的高導電性和優異的催化性能帶來的廣泛潛在應用而引起研究者們很大的興趣。如有研究是先通過銅前體和強還原劑合成銅納米粒子的種子，再通過生長法，並控制反應條件及劑量，可以從幾十個納米生長到微米級的球體；也有一些研究報導是通過抗壞血酸作為覆蓋劑和還原劑在聚乙烯吡咯烷酮體系中合成銅納米立方體，粒徑可為100納米以下。

技術實現要素：

針對以上技術問題，本發明的目的是提供一種銅納米立方體可控制備的方法；該方法簡單，得到銅納米粒子的尺寸較均勻。

為了實現上述目的，本發明採用的技術方案為如下。

本發明提供一種銅納米立方體可控制備的方法，由銅鹽溶液和溫和型還原劑在惰性氣體保護下先室溫攪拌再加熱回流反應獲得銅納米立方體；其中：所述溫和型還原劑為丙烯酸鈉，室溫攪拌時間為36～60小時，回流反應時間為30～60分鐘。

本發明中，銅鹽溶液為氯化銅、硝酸銅或者硫酸銅溶液。

本發明中，銅鹽和還原劑的摩爾比為1:40～1:60。

本發明中，銅鹽和還原劑的摩爾比為1:45～1:55。

本發明中，惰性氣體為氮氣或者氬氣。

本發明中，室溫攪拌時間為40～50小時，回流反應時間為40～60分鐘。

本發明中，得到的銅納米立方體平均尺寸在200～600nm之間。

和現有技術相比，本發明的有益效果在於：

(1)本發明採用溫和型還原劑進行還原反應，其提供溫和還原性可以避免還原過程太劇烈造成的局部粒子急劇增大進而尺寸偏差較大的現象，同時丙烯酸鈉又有自聚特性，對於納米粒子而言提供膠粘劑的作用，在粒子製備後可以形成保護層，對粒子團聚的常見問題有一定抑制作用；

(2)本發明通過控制不同的反應時間並控制不同的反應劑用量，可以實現不同粒徑的銅納米粒子的可控合成。通過常規的掃描電鏡表徵技術獲得其準確形貌及尺寸。這類方法比種子介導生長合成法少了一些實驗步驟帶來的複雜性。為拓展銅納米粒子在催化、熱傳導、微電子等領域的廣泛應用的提供新的合成方法。

附圖說明

圖1為～實施例1的銅納米立方體電鏡圖。

具體實施方式

下面結合具體的實施例對本發明的技術方案做進一步的描述，但本發明並不限於下述實施例。

本發明各實施例中所用的各種原料，如無特殊說明，均為市售。

實施例1

銅立方體(468±29納米)的可控制備及表徵：

(1)銅無機鹽、還原劑的配製

購買的氯化銅用去離子水配置成8.0×10-4摩爾/升的銅前體溶液；購買的丙烯酸鈉用去離子水配置成4.40×10-2摩爾/升的還原劑溶液，前後兩者濃度之比約為：1:55，體積比為1:1；

(2)銅納米粒子的合成過程

在惰性氣流下，將銅前體溶液和還原劑溶液在燒瓶中進行攪拌混合50小時，再利用加熱裝置對上述混合液進行加熱至沸騰，之後回流60分鐘。在上述時長的反應中，丙烯酸鈉提供溫和還原性可以避免還原過程太劇烈造成的局部粒子急劇增大進而尺寸偏差較大的現象，同時丙烯酸鈉又有自聚特性，對於納米粒子而言提供膠粘劑的作用，在粒子製備後可以形成保護層，對粒子團聚的常見問題有一定抑制作用，粒子尺寸因攪拌時長及加熱時長不同而異。

(3)銅納米粒子的最終形貌和尺寸

可以通過掃描電鏡獲得銅納米粒子的形貌特徵主要為立方體，少量仍呈球體，量取立方體的邊長，即納米立方體的常規表觀尺寸為468±29納米，如圖1所示。

實施例2

銅立方體(390±33納米)的可控制備及表徵：

(1)銅無機鹽、還原劑的配製

氯化銅用去離子水配置成2.4×10-4摩爾/升的銅前體溶液；購買的丙烯酸鈉用去離子水配置成1.2×10-2摩爾/升的還原劑溶液，前後兩者濃度之比為：1:50，體積比為1:1；

(2)銅納米粒子的合成過程

在惰性氣流下，將銅前體溶液和還原劑溶液在燒瓶中進行攪拌混合47小時，再利用加熱裝置對上述混合液進行加熱至沸騰，之後回流48分鐘。粒子尺寸因攪拌時長及加熱時長不同而異。

(3)銅納米粒子的最終形貌和尺寸

可以通過掃描電鏡獲得銅納米粒子的形貌特徵主要為立方體，少量仍呈球體，量取立方體的邊長，即納米立方體的常規表觀尺寸為390±23納米。

實施例3

銅立方體(～300納米)的可控制備及表徵：

(1)銅無機鹽、還原劑的配製

氯化銅用去離子水配置成1.0×10-4摩爾/升的銅前體溶液；丙烯酸鈉用去離子水配置成5.0×10-3摩爾/升的還原劑溶液，前後兩者濃度之比為：1:50，體積比1:1；

(2)銅納米粒子的合成過程

在惰性氣流下，將銅前體溶液和還原劑溶液在燒瓶中進行攪拌混合42小時，再利用加熱裝置對上述混合液進行加熱至沸騰，之後回流40分鐘。粒子尺寸因攪拌時長及加熱時長不同而異。

(3)銅納米粒子的最終形貌和尺寸

可以通過掃描電鏡獲得銅納米粒子的形貌特徵主要為立方體，少量仍呈球體，量取立方體的邊長，即納米立方體的常規表觀尺寸為～300納米。