一種花環(huán)狀氧化銅納米材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種花環(huán)狀氧化銅納米材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米金屬氧化物作為新型半導(dǎo)體材料在近些年來得到人們越來越多的關(guān)注。由于納米金屬氧化物顆粒的粒徑極小、比表面積非常大，因而在聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱力學(xué)等性能方面表現(xiàn)出了其特有的新的小尺寸效應(yīng)，使得納米金屬氧化物成為功能化元件發(fā)展的基礎(chǔ)，同時也促使了其在光學(xué)、電子學(xué)、傳感器、特殊催化、染料敏化太陽能電池等重要領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用。
[0003]氧化銅是一種具有較窄能帶間隙的p型半導(dǎo)體材料，其能帶間隙大約在1.3eV，并且具有廣泛的應(yīng)用前景，比如:高溫超導(dǎo)體，紫外照射條件下作為催化劑降解甲基藍，將含有一氧碳的氮氧化物分解為氮氣和二氧化碳，烯烴環(huán)氧化反應(yīng)，高氯酸銨熱分解，作為氨、酒精、一氧化碳和二氧化氮的傳感材料以及作為鋰離子電池的陽極材料。
[0004]目前，制備氧化銅納米材料的方法有很多，大體可以分為三類:固相法、液相法和純化學(xué)法，研究者們已通過各種制備方法制備出了多種形貌與結(jié)構(gòu)的納米氧化銅，包括氧化銅納米顆粒、納米棒、納米管和納米線等。但是，這些制備方法中往往都會引入大量的雜質(zhì)元素，有時甚至產(chǎn)生有害副產(chǎn)品，使其制造成本提高、純度降低以及環(huán)境污染等問題。
[0005]因此，目前特別需要可以制備出氧化銅納米材料的一種新方法，以降低其生產(chǎn)成本，提高其純度，減少對環(huán)境帶來的污染問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種制備花環(huán)狀氧化銅納米顆粒的方法。該方法不需要任何催化劑，方法簡單可行，采用水熱合成法制備出了花環(huán)狀氧化銅納米顆粒，花環(huán)由若干個片狀氧化銅納米顆粒組成，納米顆粒的厚度為20?60nm。
[0007]本發(fā)明的花環(huán)狀氧化銅納米顆粒的制備方法包括以下步驟:
(1)以醋酸銅(Cu(CH3C00) 2.h2o)作為銅源，稱取所需質(zhì)量倒入燒杯中，配制成
0.01mol/L的乙酸銅水溶液，然后加入適量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，在磁力攪拌器上攪拌均勻直至醋酸銅晶體完全溶解，得到銅的前驅(qū)體；
(2)將配置好的氨水溶液緩慢滴加到盛有銅前驅(qū)體的燒杯中，銅的前驅(qū)體溶液由淺藍色逐漸變成紫色，并伴有稍許渾濁出現(xiàn)，采用PH電極測定混合后溶液的PH值，直至達到一定的酸堿度后，停止滴加氨水溶液?；旌先芤悍旁诖帕嚢杵魃侠^續(xù)攪拌，直到混合溶液中的渾濁消失；
(3)將上述配置好的混合溶液倒入含有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放入預(yù)先加熱到所需反應(yīng)溫度的加熱烘箱中進行加熱，并保溫一定的時間后，取出反應(yīng)釜，在室溫條件下冷卻，當(dāng)冷卻到室溫時將反應(yīng)釜中的溶液及沉淀物倒出。將倒出的溶液進行離心，得到膠凝態(tài)物質(zhì)，然后分別用去離子水和酒精超聲清洗幾次，再進行離心得到純凈的膠凝態(tài)納米氧化銅，放入干燥烘箱中在一定溫度下進行烘干，得到黑色氧化銅納米顆粒。
【附圖說明】
[0008]圖1為采用本發(fā)明方法制備的花環(huán)狀氧化銅納米顆粒的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
[0009]圖2為一個花環(huán)狀形貌氧化銅納米顆粒的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
[0010]圖3為組成花環(huán)狀納米氧化銅的若干個片狀納米氧化銅顆粒掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
[0011]圖4為采用本發(fā)明方法制備的氧化銅納米顆粒的X射線衍射(XRD)圖。
【具體實施方式】
[0012]以下對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0013]—種花環(huán)狀氧化銅納米顆粒的制備方法，實施例1
(1)量取50ml的去離子水倒入盛有0.5mmol乙酸銅的燒杯中，放在磁力攪拌器上攪拌，直至乙酸銅完全溶解形成0.01mol/L的乙酸銅水溶液；
(2)稱取0.125g聚乙烯吡咯烷酮倒入盛有乙酸銅水溶液的燒杯，放在磁力攪拌器上繼續(xù)攪拌直至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解形成A溶液；
(3)繼續(xù)攪拌A溶液，將工業(yè)氨水緩慢逐滴加入到A溶液的同時隨時用PH計檢測溶液的酸堿度，直至A溶液PH值達到10.5停止滴加氨水，可以看到溶液逐漸由淺藍色變成紫色，并伴有少許渾濁沉淀出現(xiàn)，繼續(xù)攪拌，直到溶液完全澄清形成B溶液；
(4)將B溶液倒入內(nèi)襯為100ml的聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜中進行水熱反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為90°C，反應(yīng)時間12h后取出室溫自然冷卻，得到反應(yīng)后的C溶液；
(5)將C溶液離心后分別用去離子水和無水乙醇清洗3?4次，然后放入干燥烘箱內(nèi)，控制烘箱內(nèi)溫度為80°C，干燥時間5小時取出室溫自然冷卻，即得到一種花環(huán)狀氧化銅納米顆粒。
[0014]—種花環(huán)狀氧化銅納米顆粒的制備方法，實施例2:
(1)量取100ml的去離子水倒入盛有l(wèi)mmol乙酸銅的燒杯中，放在磁力攪拌器上攪拌，直至乙酸銅完全溶解形成0.01mol/L的乙酸銅水溶液；
(2)稱取0.25g聚乙烯吡咯烷酮倒入盛有乙酸銅水溶液的燒杯，放在磁力攪拌器上繼續(xù)攪拌直至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解形成A溶液；
(3)繼續(xù)攪拌A溶液，將工業(yè)氨水緩慢逐滴加入到A溶液的同時隨時用PH計檢測溶液的酸堿度，直至A溶液PH值達到10.5停止滴加氨水，可以看到溶液逐漸由淺藍色變成紫色，并伴有少許渾濁沉淀出現(xiàn)，繼續(xù)攪拌，直到溶液完全澄清形成B溶液；
(4)將B溶液倒入內(nèi)襯為200ml的聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜中進行水熱反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為90°C，反應(yīng)時間12h后取出室溫自然冷卻，得到反應(yīng)后的C溶液；
(5)將C溶液離心后分別用去離子水和無水乙醇清洗3?4次，然后放入干燥烘箱內(nèi)，控制烘箱內(nèi)溫度為80°C，干燥時間5小時取出室溫自然冷卻，即得到一種花環(huán)狀氧化銅納米顆粒。
[0015]以上所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的最佳實施方案，并不是用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的基本原理及操作步驟之內(nèi)所作的任何的修改、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種花環(huán)狀納米氧化銅材料的制備方法，其特征是包括以下步驟: (1)采用乙酸銅作為銅源配制成合適濃度的乙酸銅水溶液； (2)稱取適量的聚乙烯吡咯烷酮作為表面活性劑加入到預(yù)先配制好的乙酸銅水溶液，放在磁力攪拌器上攪拌均勻形成A溶液； (3)量取適量工業(yè)氨水作為沉淀劑緩慢的滴加到A溶液中，直到溶液達到一定的PH值后停止滴加，攪拌均勻后形成B溶液； (4)將B溶液倒入大小適中的帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，然后將反應(yīng)釜放入預(yù)先加熱到所需反應(yīng)溫度的干燥烘箱內(nèi)加熱并保溫一段時間； (5)待一段時間以后，將反應(yīng)釜取出，室溫自然冷卻，然后將內(nèi)襯里的反應(yīng)液倒出并進行離心得到膠凝態(tài)物質(zhì)，用去離子水和酒精分別對離心產(chǎn)物清洗3?4次得到純凈物質(zhì)C ; (6)將得到的C物質(zhì)放入到預(yù)先加熱到一定溫度的干燥烘箱內(nèi)干燥，一定時間后取出室溫自然冷卻，即得到純凈的花環(huán)狀氧化銅納米顆粒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(1)中，配置的乙酸銅水溶液的濃度為0.01?0.lmol/L，優(yōu)選為0.01mol/L。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，乙酸銅水溶液中聚乙烯吡咯烷酮的加入量為每一百毫升溶液加入0.2?0.3g，優(yōu)選為0.25go4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，氨水的滴加量為溶液PH值達到10?11，優(yōu)選為ΡΗ=10.5。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(4)中，Β溶液的反應(yīng)溫度應(yīng)控制在80?100°C，反應(yīng)時間在8?15h，優(yōu)選反應(yīng)溫度為90°C，反應(yīng)時間為15h。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟￠)中，C物質(zhì)的干燥溫度為60?90°C，干燥時間為3?6h，優(yōu)選的干燥溫度為80 °C，干燥時間為5h。7.根據(jù)權(quán)利要求1?6所述的制備方法，其特征是:所得花環(huán)狀納米氧化銅是由若干個片狀氧化銅納米顆粒組成，片狀氧化銅納米顆粒的厚度為20?60nm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種花環(huán)狀氧化銅納米材料的制備方法，主要包括如下步驟：采用緩慢滴加工業(yè)氨水作為沉淀劑的方式來調(diào)節(jié)乙酸銅、聚乙烯吡咯烷酮所組成混合溶液的PH值，當(dāng)達到某一值后停止滴加，將調(diào)節(jié)PH值后的混合溶液攪拌均勻，然后，將上述混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中在一定溫度下加熱一定時間，對所得沉淀物進行離心、洗滌、干燥即可得到花環(huán)狀氧化銅納米顆粒。本發(fā)明原料簡單，成本低，工藝設(shè)備要求較低，制備過程中不會引入大量雜質(zhì)元素，降低了環(huán)境污染程度，提高了產(chǎn)物的純凈度，所制備的花環(huán)狀納米氧化銅粒度較小且較為均勻，片狀納米顆粒厚度在20～60nm，在新型半導(dǎo)體材料、特殊催化等領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用價值。
【IPC分類】C01G3/02, B82Y40/00, B82Y30/00
【公開號】CN105347382
【申請?zhí)枴緾N201510908151
【發(fā)明人】吉佳文, 劉宗明, 李金凱, 段廣彬
【申請人】濟南大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年12月10日