CN103395821B - 一种氧化亚铜多壳层纳米球的快速制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氧化亚铜多壳层纳米球的快速制备方法，采用醋酸铜做原料、去离子水做溶剂、水合联氨做还原剂，在常温状态下制备氧化亚铜，经离心分离、真空干燥，快速制成氧化亚铜多壳层纳米球，此制备方法工艺简单，易于操作，可进行快速规模化生产，产物形貌好，为多壳层结构，颗粒度为纳米级，多壳层纳米球直径在300-500nm，产物纯度高，达98%，是十分理想的快速制备氧化亚铜多壳层纳米球的方法。

Description

一种氧化亚铜多壳层纳米球的快速制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化亚铜多壳层纳米球的快速制备方法，属无机功能材料制备及应用的技术领域。
背景技术
氧化亚铜是p型半导体材料，其禁带宽度介于2-2.2eV，可用于太阳能转换、微电子、催化等领域；氧化亚铜的形态形貌大都以纳米线、纳米晶须、纳米块、纳米球的形式出现，其制备方法大都使用化学还原法、水热法、微乳液法、溶胶-凝胶法、微波辐射法、离子液体制备法；目前制备氧化亚铜使用的材料为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基氯化铵、聚乙二醇、柠檬酸钠作表面活性剂，使用氢氧化钠、氨水作碱性调节剂，使用抗坏血酸、肼、葡萄糖作还原剂，以此制备氧化亚铜纳米材料，通过调控反应参数调控形成不同的形貌，例如氧化亚铜立方块、氧化亚铜实心球、空心球等，但一直无法合成多壳层状的氧化亚铜纳米球；多壳层氧化亚铜纳米球具有密度低、表面积大、表面渗透能力强等特点，在化学、生物学、材料学、药物缓释、催化、灵敏传感器等领域具有很高的应用价值，但多壳层氧化亚铜纳米球的制备却是一个科学难题。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的状况，采用醋酸铜做原料，在常温状态下快速制成氧化亚铜多壳层纳米球，以使制备多壳层氧化亚铜纳米球成为可能，并能进行快速规模化生产。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为：醋酸铜、氢氧化钠、水合联氨、去离子水，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位
醋酸铜：Cu(CH3COO)2·H2O           0.1997g±0.001g
氢氧化钠：NaOH                    0.08g±0.001g
水合联氨：N2H4·H2O                 1mL±0.001mL
去离子水：H2O                      200mL±1mL
制备方法如下：
(1) 配制醋酸铜水溶液
称取醋酸铜0.1997g±0.001g，量取去离子水90mL±1mL，加入烧杯中，然后置于超声波分散器内，超声搅拌15min，使其充分溶解，成0.0111mol/L的醋酸铜水溶液；
(2) 配制氢氧化钠水溶液
称取氢氧化钠0.08g±0.001g，量取去离子水10mL±0.1mL，加入烧杯中，然后置于超声波分散器内，超声搅拌15min，使其充分溶解，成0.2mol/L的氢氧化钠水溶液；
(3) 配制反应液，生成氧化亚铜
① 在常温下，将醋酸铜水溶液90mL置于烧杯中，然后用滴液漏斗滴加氢氧化钠水溶液，滴加速度2mL/min，边滴加边搅拌，滴加总量10mL±0.1mL，成蓝色悬浊溶液，蓝色悬浊溶液pH=10.5，呈碱性；
② 滴加还原剂水合联氨，将水合联氨1mL±0.001mL置于滴液漏斗中，向蓝色悬浊溶液中滴加，滴加速度0.015mL/s，边滴加边搅拌，成黄色悬浊液，并产生气泡，生成氧化亚铜；
③ 在醋酸铜水溶液中滴加氢氧化钠水溶液、水合联氨的过程中生成氧化亚铜，并产生化学反应，反应式如下：
式中：
Cu2O：氧化亚铜
N2：氮气
CH3COONa：醋酸钠
(4) 离心分离
将黄色悬浊液置于离心分离管内，进行离心分离，分离速度5000r/min，分离后得固体产物氧化亚铜颗粒；
(5) 真空干燥
将氧化亚铜颗粒置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度50℃，真空度8~10 Pa，干燥时间30min；
干燥后得终产物氧化亚铜多壳层纳米球；
(6) 检测、分析、表征
对制备的氧化亚铜多壳层纳米球产物的色泽、形貌、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征；
用扫描电子显微镜进行氧化亚铜多壳层纳米球表面形貌分析；
用透射电子显微镜进行氧化亚铜多壳层纳米球内部结构分析；
用X射线衍射仪进行氧化亚铜多壳层纳米球物相分析；
用电子衍射法进行氧化亚铜多壳层纳米球物相分析；
结论：氧化亚铜多壳层纳米球为黄色粉体颗粒，颗粒直径300-500nm，为多壳层状；
(7) 产物储存
对制备的氧化亚铜多壳层纳米球产物储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光储存，要防晒、防潮、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10%。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是根据氧化亚铜多壳层的结构特征，采用醋酸铜做原料，去离子水做溶剂，水合联氨做还原剂，在常温状态下制备氧化亚铜，经离心分离，真空干燥，快速制成氧化亚铜多壳层纳米球，此制备方法工艺简单，易于操作，可进行快速规模化生产，产物形貌好，为多壳层结构，精度高，多壳层纳米球直径300-500nm，产物纯度高，达98%，是十分理想的快速制备氧化亚铜多壳层纳米球的方法。
附图说明
图1 氧化亚铜悬浊液制备状态图
图2 氧化亚铜纳米球形貌图
图3 氧化亚铜纳米球X射线衍射图谱
图4 氧化亚铜纳米球多壳层结构图
图5 氧化亚铜多壳层纳米球电子衍射图谱
图中所示，附图标记清单如下：
1、烧杯，2、烧杯盖，3、工作台，4、滴液漏斗，5、控制阀，6、漏斗固定架，7、搅拌器，8、搅拌器固定架，9、氧化亚铜悬浊液。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明：
图1所示，为氧化亚铜悬浊液制备状态图，各部位置要正确，按量配比，按序操作。
制备所需的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升为计量单位。
氧化亚铜悬浊液的制备是在烧杯中进行的，是在常温状态下，滴加酸碱度调节剂、还原剂，在搅拌过程中完成的；
烧杯为立式圆柱形，烧杯1下部固定在工作台3上，烧杯1上部为烧杯盖2；在烧杯盖2的上左部设有滴液漏斗4，滴液漏斗4穿过烧杯盖2深入烧杯内，并由漏斗固定架6固定，在滴液漏斗4下部设有控制阀5；在烧杯盖2的上右部设有搅拌器7，搅拌器7穿过烧杯2深入烧杯1内底部，并由搅拌器固定架8固定；在烧杯1内为氧化亚铜悬浊液9。
图2所示，为氧化亚铜纳米球形貌图，图中可见氧化亚铜纳米球为粉体颗粒状，呈不规则堆积。
图3所示，为氧化亚铜纳米球X射线衍射图谱，图中可见，制备的氧化亚铜纳米材料为简单立方晶型。
图4所示，为氧化亚铜纳米球多壳层结构图，纳米球表面粗燥，呈多壳层状，每个壳层由纳米氧化亚铜颗粒堆积而成。
图5所示，为氧化亚铜多壳层纳米球电子衍射图谱，图中可见制备的氧化亚铜为多壳层纳米晶结构。

Claims (2)

1.一种氧化亚铜多壳层纳米球的快速制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：醋酸铜、氢氧化钠、水合联氨、去离子水，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位；
醋酸铜：Cu(CH3COO)2·H2O           0.1997g±0.001g
氢氧化钠：NaOH                    0.08g±0.001g
水合联氨：N2H4·H2O                 1mL±0.001mL
去离子水：H2O                      200mL±1mL
制备方法如下：
(1) 配制醋酸铜水溶液
称取醋酸铜0.1997g±0.001g，量取去离子水90mL±1mL，加入烧杯中，然后置于超声波分散器内，超声搅拌15min，使其充分溶解，成0.01111mol/L的醋酸铜水溶液；
(2) 配制氢氧化钠水溶液
称取氢氧化钠0.08g±0.001g，量取去离子水10mL±0.1mL，加入烧杯中，然后置于超声波分散器内，超声搅拌15min，使其充分溶解，成0.2mol/L的氢氧化钠水溶液；
(3) 配制反应液，生成氧化亚铜
① 在常温下，将醋酸铜水溶液90mL置于烧杯中，然后用滴液漏斗滴加氢氧化钠水溶液，滴加速度2mL/min，边滴加边搅拌，滴加总量10mL±0.1mL，成蓝色悬浊溶液，蓝色悬浊溶液pH=10.5，呈碱性；
② 滴加还原剂水合联氨，将水合联氨1mL±0.001mL置于滴液漏斗中，向蓝色悬浊溶液中滴加，滴加速度0.015mL/s，边滴加边搅拌，成黄色悬浊液，并产生气泡，生成氧化亚铜；
③ 在醋酸铜水溶液中滴加氢氧化钠水溶液、水合联氨的过程中生成氧化亚铜，并产生化学反应，反应式如下：
                                                
式中：
Cu2O：氧化亚铜
N2：氮气
CH3COONa：醋酸钠
(4) 离心分离
将黄色悬浊液置于离心分离管内，进行离心分离，分离速度5000r/min，分离后得固体产物氧化亚铜颗粒；
(5) 真空干燥
将氧化亚铜颗粒置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度50℃，真空度8~10 Pa，干燥时间30min；
干燥后得终产物氧化亚铜多壳层纳米球；
(6) 检测、分析、表征
对制备的氧化亚铜多壳层纳米球产物的色泽、形貌、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征；
用扫描电子显微镜进行氧化亚铜多壳层纳米球表面形貌分析；
用透射电子显微镜进行氧化亚铜多壳层纳米球内部结构分析；
用X射线衍射仪进行氧化亚铜多壳层纳米球物相分析；
用电子衍射法进行氧化亚铜多壳层纳米球物相分析；
结论：氧化亚铜多壳层纳米球为黄色粉体颗粒，颗粒直径300-500nm，为多壳层状；
(7) 产物储存
对制备的氧化亚铜多壳层纳米球产物储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光储存，要防晒、防潮、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10%。
2.根据权利要求1所述的一种氧化亚铜多壳层纳米球的快速制备方法，其特征在于：氧化亚铜悬浊液的制备是在烧杯中进行的，是在常温状态下，滴加酸碱度调节剂、还原剂，搅拌过程中完成的；烧杯为立式圆柱形，烧杯(1)下部固定在工作台(3)上，烧杯(1)上部为烧杯盖(2)；在烧杯盖(2)的上左部设有滴液漏斗(4)，滴液漏斗(4)穿过烧杯盖(2)深入烧杯内，并由漏斗固定架(6)固定，在滴液漏斗(4)下部设有控制阀(5)；在烧杯盖(2)的上右部设有搅拌器(7)，搅拌器(7)穿过烧杯(2)深入烧杯(1)内底部，并由搅拌器固定架(8)固定；在烧杯(1)内为氧化亚铜悬浊液(9)。
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Study on Structure and Photocatalytic Properties of Cu2O Nanocrystal Synthesized by Low temperature Liquid-Phase Method;Yingchao Liu等;《ENERGY AND ENVIRONMENT MATERIALS》;20130131;第743-744卷;第624页4-16行，第625页8-9行以及图3C *
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