氧化銅納米材料的製備方法

2023-04-27 18:10:06 2

氧化銅納米材料的製備方法
【專利摘要】本發明提供了氧化銅納米材料的製備方法，屬於納米材料【技術領域】。包括以下步驟：a)配製濃度為0.05～4mmol/L的可溶性二價銅鹽溶液，濃度為0.05～10mol/L的NaOH溶液，濃度為0.05～10mol/L的水合肼溶液；b)攪拌下，將上述NaOH溶液加入到上述可溶性二價銅鹽溶液中，使可溶性二價銅鹽與NaOH的摩爾比為1:1～6，然後加入上述水合肼溶液，使可溶性二價銅鹽與水合肼的摩爾比為1:0.4～2，攪拌8-24h，過濾，濾餅用去離子水清洗；c)將步驟b)所得濾餅在80℃～110℃下乾燥1～2h，得到所述納米材料。該方法簡單易操作，通過改變反應物物質的量可以調控產物的尺寸、形貌和維度。
【專利說明】氧化銅納米材料的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於納米材料【技術領域】，具體涉及氧化銅納米材料的製備方法。
【背景技術】
[0002]氧化銅作為一種P型半導體，具有1.2eV的禁帶寬度，在高溫超導體、光學開關、鋰離子電池陽極材料、氣體傳感器、多相催化劑等領域具有廣闊的應用。隨著光電器件微型化的要求，具有納米結構的氧化銅在整個新材料研究應用方面引起了人們的廣泛關注。納米尺寸的氧化銅具有高的比表面積和表面能，將會對氧化銅的光學、電學、熱學、磁學以及催化性能產生極大的促進作用。
[0003]經過科學家們的努力，已經成功製備出一維、兩維甚至三維的氧化銅納米結構，像氧化銅納米晶、納米管、納米帶、納米纖維、納米線和納米糰簇等。關於製備上述不同結構的納米氧化銅的方法已有很多報導，但是對於在同一體系中根據不同的需要調控得到不同納米結構的氧化銅的研究及報導還很少。2012年，Nanoscale，2012，4，7832—7841文獻報導，採用 Cu (NO3) 2.2.5H20，氨基乙醇作為反應物，Zn (NO3) 2，AgNO3, Mg (NO3) 2 和 Al (NO3) 3 作為調控物在20~50°C水溶液中調控所製備氧化銅納米結構的形貌。但是，通過金屬離子調控氧化銅納米形貌將會帶來雜質，可能導致得到的氧化銅不純；且反應物具有一定的毒性，反應過程複雜。申請號為200810032420.2的中國發明專利公開了一種氧化銅納米材料的製備方法，其特點在於採用在表面活性劑spanSO與正己烷的混合乳液中加入銅鹽溶液，調節溶液PH值，反應物濃度和反應時間來調控氧化銅尺寸、形貌和維度。但是，採用表面活性劑與正己烷混合乳液製備氧化銅將使反應物變得複雜，製備流程隨之增多，而且廢液的汙染也將會帶來環境問題。因此，很有必要尋找一種簡單易行且對環境無汙染的方法來調控氧化銅納米材料的結構。

【發明內容】

[0004]本發明針對現有技術存在的缺陷，提供了一種氧化銅納米材料的製備方法，該方法可以通過控制反應物的物質的量來調控氧化銅納米材料的結構，簡化了生產工藝，降低了生產成本，且製備得到了形貌規則的氧化銅納米葉、氧化銅納米絮狀物以及氧化銅納米球等。
[0005]本發明的技術方案如下:
[0006]一種氧化銅納米材料的製備方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1:配溶液:以水為溶劑,可溶性二價銅鹽為溶質,配製濃度為0.05~4mmol/L的可溶性二價銅鹽溶液；以水為溶劑，NaOH為溶質，配製濃度為0.05~lOmol/L的NaOH溶液；以水為溶劑配製水合肼溶液，使水合肼溶液的濃度為0.05~lOmol/L ；
[0008]步驟2:攪拌下，在步驟I配製的可溶性二價銅鹽溶液中加入步驟I配製的NaOH溶液，使可溶性二價銅鹽與NaOH的摩爾比為1:1~6，然後再加入步驟I配製的水合肼溶液，使可溶性二價銅鹽與水合肼的摩爾比為1:0.4~2，攪拌8-24h，過濾，濾餅用去離子水清洗；
[0009]步驟3:將步驟2所得的濾餅在80°C~110°C下乾燥I~2h，得到所述氧化銅納米材料。
[0010]上述的可溶性二價銅鹽為氯化銅、硫酸銅、硝酸銅、醋酸銅等。
[0011]若上述步驟2中可溶性二價銅鹽與NaOH的摩爾比為1:3.2，可溶性二價銅鹽與水合肼的摩爾比為1:0.4，則得到氧化銅納米絮狀物。
[0012]若可溶性二價銅鹽與NaOH的摩爾比為1:3.5~6，可溶性二價銅鹽與水合肼的摩爾比為1:0.4，則得到氧化銅納米葉。
[0013]若可溶性二價銅鹽與NaOH的摩爾比為1: 2，可溶性二價銅鹽與水合肼的摩爾比為1:0.4~I，則得到微納尺度氧化銅顆粒。
[0014]若可溶性二價銅鹽與NaOH的摩爾比為1: 2，可溶性二價銅鹽與水合肼的摩爾比為1:1~2，則得到氧化銅納米球。
[0015]本發明的有益效果為:
[0016]1、本發明製備氧化銅納米材料時，採用可溶性銅鹽、NaOH和水合肼作為反應物，通過調控反應物的物質的量可以改變反應體系中生成納米顆粒的大小，由於不同尺寸納米顆粒的表面能不相同，進而來調控最終生成氧化銅納米材料的尺寸、形貌和維度。
[0017]2、本發明無汙染，成本低廉，操作簡便，工藝簡單，易於進行工業化大批量生產。
[0018]3、本發明反應條件溫和，在室溫下即可實現在同一體系中合成出一維、二維、三維結構的納米氧化銅，大大降低了生產成本，提高了納米材料的生產效率，得到的納米材料有眾多良好的形貌，為納米材料的研究開發奠定了良好基礎。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發明實施例1製備的氧化銅納米材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。
[0020]圖2是本發明實施例1製備的氧化銅納米材料的X射線衍射圖譜(XRD)。
[0021]圖3是本發明實施例2製備的氧化銅納米材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。
[0022]圖4是本發明實施例3製備的氧化銅納米材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。
[0023]圖5是本發明實施例3製備的氧化銅納米材料的透射電子顯微鏡圖(TEM)。
[0024]圖6是本發明實施例4製備的氧化銅納米材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。
[0025]圖7是本發明實施例5製備的氧化銅納米材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。
[0026]圖8是本發明實施例6製備的氧化銅納米材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。
[0027]圖9是本發明實施例7製備的氧化銅納米材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。
[0028]圖10是本發明實施例8製備的氧化銅納米材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。
【具體實施方式】
[0029]實施例1
[0030]氧化銅納米材料的製備方法，包括以下步驟: [0031]步驟1:稱取0.135g氯化銅加入300mL去離子水中，配製成濃度為3.3mmol/L的氯化銅溶液；稱取0.128gNa0H溶於16mL去離子水中，配製成濃度為0.2mol/L的NaOH溶液；稱取0.02g水合肼加入4mL去離子水中，配製成濃度為0.lmol/L的水合肼溶液；[0032]步驟2:在室溫及磁力攪拌下，將步驟I配製的NaOH溶液加入步驟I配製的氯化銅溶液中，可以觀察到藍色絮狀沉澱Cu(OH)2生成，然後再加入步驟I配製的水合肼溶液，可以觀察到藍色絮狀沉澱緩慢變為橙黃色，說明溶液體系中生成了氧化亞銅，磁力攪拌8h，得到灰黑色溶液，過濾，得到的濾餅用去離子水清洗3次；
[0033]步驟3:將步驟2得到的濾餅在80°C下乾燥lh，得到所述的氧化銅納米材料。
[0034]圖1是本發明實施例1製備的氧化銅納米材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。由SEM圖可知，所得產物為氧化銅納米絮狀物結構。圖2是本發明實施例1製備的氧化銅納米材料的X射線衍射圖譜(XRD)。由圖2可知，得到的產物純淨且為氧化銅(與PDF卡片01-089-2529 一致)。
[0035]實施例2
[0036]氧化銅納米材料的製備方法，包括以下步驟:
[0037]步驟1:稱取0.135g氯化銅加入300mL去離子水中，配製成濃度為3.3mmol/L的氯化銅溶液；稱取0.144gNaOH溶於18mL去離子水中，配製成濃度為0.2mol/L的NaOH溶液；稱取0.02g水合肼加入4mL去離子水中，配製成濃度為0.lmol/L的水合肼溶液；
[0038]步驟2:在室溫及磁力攪拌下，將步驟I配製的NaOH溶液加入步驟I配製的氯化銅溶液中，可以觀察到藍色絮狀沉澱Cu(OH)2生成，然後再加入步驟I配製的水合肼溶液，可以觀察到藍色絮狀沉澱緩慢變為橙黃色，說明溶液體系中生成了氧化亞銅，磁力攪拌8h，得到灰黑色溶液，過濾，得到的濾餅用去離子水清洗3次；
[0039]步驟3:將步驟2得到的濾餅在80°C下乾燥lh，得到所述的氧化銅納米材料。
[0040]圖3是本發明實施例2製備的氧化銅納米材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。由SEM圖可知，所得產物為氧化銅納米葉。
[0041]實施例3
[0042]氧化銅納米材料的製備方法，包括以下步驟:
[0043]步驟1:稱取0.135g氯化銅加入300mL去離子水中，配製成濃度為3.3mmol/L的氯化銅溶液；稱取0.16gNa0H溶於20mL去離子水中，配製成濃度為0.2mol/L的NaOH溶液；稱取0.02g水合肼加入4mL去離子水中，配製成濃度為0.lmol/L的水合肼溶液；
[0044]步驟2:在室溫及磁力攪拌下，將步驟I配製的NaOH溶液加入步驟I配製的氯化銅溶液中，可以觀察到藍色絮狀沉澱Cu(OH)2生成，然後再加入步驟I配製的水合肼溶液，可以觀察到藍色絮狀沉澱緩慢變為橙黃色，說明溶液體系中生成了氧化亞銅，磁力攪拌8h，得到灰黑色溶液，過濾，得到的濾餅用去離子水清洗3次；
[0045]步驟3:將步驟2得到的濾餅在80°C下乾燥lh，得到所述的氧化銅納米材料。
[0046]米用掃描電子顯微鏡SEM(圖4)和透射電子顯微鏡TEM(圖5)對產物進行表徵，表明所得產物為氧化銅納米葉。
[0047]實施例4
[0048]氧化銅納米材料的製備方法，包括以下步驟:
[0049]步驟1:稱取0.135g氯化銅加入IL去離子水中，配製成濃度為lmmol/L的氯化銅溶液；稱取0.176gNa0H溶於22mL去離子水中，配製成濃度為0.2mol/L的NaOH溶液；稱取
0.02g水合肼加入4mL去離子水中，配製成濃度為0.lmol/L的水合肼溶液；
[0050]步驟2:在室溫及磁力攪拌下，將步驟I配製的NaOH溶液加入步驟I配製的氯化銅溶液中，可以觀察到藍色絮狀沉澱Cu(OH)2生成，然後再加入步驟I配製的水合肼溶液，可以觀察到藍色絮狀沉澱緩慢變為橙黃色，說明溶液體系中生成了氧化亞銅，磁力攪拌8h，得到灰黑色溶液，過濾，得到的濾餅用去離子水清洗3次；
[0051]步驟3:將步驟2得到的濾餅在80°C下乾燥lh，得到所述的氧化銅納米材料。
[0052]圖6是本發明實施例4製備的氧化銅納米材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。由SEM圖可知，所得產物為氧化銅納米葉。
[0053]實施例5
[0054]氧化銅納米材料的製備方法，包括以下步驟:
[0055]步驟1:稱取0.135g氯化銅加入IL去離子水中，配製成濃度為lmmol/L的氯化銅溶液；稱取0.192gNa0H溶於24mL去離子水中，配製成濃度為0.2mol/L的NaOH溶液；稱取
0.02g水合肼加入4mL去離子水中，配製成濃度為0.lmol/L的水合肼溶液；
[0056]步驟2:在室溫及磁力攪拌下，將步驟I配製的NaOH溶液加入步驟I配製的氯化銅溶液中，可以觀察到藍色絮狀沉澱Cu(OH)2生成，然後再加入步驟I配製的水合肼溶液，可以觀察到藍色絮狀沉澱緩慢變為橙黃色，說明溶液體系中生成了氧化亞銅，磁力攪拌8h，得到灰黑色溶液，過濾，得到的濾餅用去離子水清洗3次；
[0057]步驟3:將步驟2得到的濾餅在80°C下乾燥lh，得到所述的氧化銅納米材料。
[0058]圖7是本發明實施例5製備的氧化銅納米材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。由SEM圖可知，所得產物為氧化銅納米葉。
[0059] 實施例6
[0060]氧化銅納米材料的製備方法，包括以下步驟:
[0061]步驟1:稱取0.135g氯化銅加入IL去離子水中，配製成濃度為lmmol/L的氯化銅溶液；稱取0.08gNa0H溶於1mL去離子水中，配製成濃度為0.2mol/L的NaOH溶液；稱取
0.04g水合肼加入8mL去離子水中，配製成濃度為0.lmol/L的水合肼溶液；
[0062]步驟2:在室溫及磁力攪拌下，將步驟I配製的NaOH溶液加入步驟I配製的氯化銅溶液中，可以觀察到藍色絮狀沉澱Cu(OH)2生成，然後再加入步驟I配製的水合肼溶液，可以觀察到藍色絮狀沉澱緩慢變為橙黃色，說明溶液體系中生成了氧化亞銅，磁力攪拌8h，得到灰黑色溶液，過濾，得到的濾餅用去離子水清洗3次；
[0063]步驟3:將步驟2得到的濾餅在80°C下乾燥lh，得到所述的氧化銅納米材料。
[0064]圖8是本發明實施例6製備的氧化銅納米材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。由SEM圖可知，所得產物為微納尺度氧化銅顆粒。
[0065]實施例7
[0066]氧化銅納米材料的製備方法，包括以下步驟:
[0067]步驟1:稱取0.135g氯化銅加入300mL去離子水中，配製成濃度為3.3mmol/L的氯化銅溶液；稱取0.08gNa0H溶於1mL去離子水中，配製成濃度為0.2mol/L的NaOH溶液；稱取0.05g水合肼加入1mL去離子水中，配製成濃度為0.lmol/L的水合肼溶液；
[0068]步驟2:在室溫及磁力攪拌下，將步驟I配製的NaOH溶液加入步驟I配製的氯化銅溶液中，可以觀察到藍色絮狀沉澱Cu(OH)2生成，然後再加入步驟I配製的水合肼溶液，可以觀察到藍色絮狀沉澱緩慢變為橙黃色，說明溶液體系中生成了氧化亞銅，磁力攪拌8h，得到灰黑色溶液，過濾，得到的濾餅用去離子水清洗3次；[0069]步驟3:將步驟2得到的濾餅在80°C下乾燥lh，得到所述的氧化銅納米材料。
[0070]圖9是本發明實施例7製備的氧化銅納米材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。由SEM圖可知，所得產物為氧化銅納米球。
[0071]實施例8
[0072]氧化銅納米材料的製備方法，包括以下步驟:
[0073]步驟1:稱取0.135g氯化銅加入300mL去離子水中，配製成濃度為3.3mmol/L的氯化銅溶液；稱取0.08gNa0H溶於1mL去離子水中，配製成濃度為0.2mol/L的NaOH溶液；稱取0.1g水合肼加入20mL去離子水中，配製成濃度為0.lmol/L的水合肼溶液；
[0074]步驟2:在室溫及磁力攪拌下，將步驟I配製的NaOH溶液加入步驟I配製的氯化銅溶液中，可以觀察到藍色絮狀沉澱Cu(OH)2生成，然後再加入步驟I配製的水合肼溶液，可以觀察到藍色絮狀沉澱緩慢變為橙黃色，說明溶液體系中生成了氧化亞銅，磁力攪拌8h，得到灰黑色溶液，過濾，得到的濾餅用去離子水清洗3次；
[0075]步驟3:將步驟2得到的濾餅在80°C下乾燥lh，得到所述的氧化銅納米材料。
[0076]圖10是本發 明實施例8製備的氧化銅納米材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。由SEM圖可知，所得產物為氧化銅納米球。
【權利要求】
1.一種氧化銅納米材料的製備方法，包括以下步驟: 步驟1:配溶液:以水為溶劑，可溶性二價銅鹽為溶質，配製濃度為0.05~4mmol/L的可溶性二價銅鹽溶液；以水為溶劑，NaOH為溶質，配製濃度為0.05~lOmol/L的NaOH溶液；以水為溶劑配製水合肼溶液，使水合肼溶液的濃度為0.05~lOmol/L ； 步驟2:攪拌下，在步驟I配製的可溶性二價銅鹽溶液中加入步驟I配製的NaOH溶液，使可溶性二價銅鹽與NaOH的摩爾比為1:1~6，然後再加入步驟I配製的水合肼溶液，使可溶性二價銅鹽與水合肼的摩爾比為1:0.4~2，攪拌8-24h，過濾，濾餅用去離子水清洗；步驟3:將步驟2所得的濾餅在80°C~110°C下乾燥I~2h，得到所述氧化銅納米材料。
2.根據權利要求1所述的氧化銅納米材料的製備方法，其特徵在於，所述的可溶性二價銅鹽為氯化銅、硫酸銅、硝酸銅或醋酸銅。
【文檔編號】B82Y30/00GK104030341SQ201410257872
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月11日 優先權日:2014年6月11日
【發明者】簡賢, 王超, 唐輝, 尹良君, 曹禹, 伍思昕 申請人:電子科技大學