CN104477969B - 类球形和书签状纳米氧化亚铜颗粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种类球形和书签状纳米氧化亚铜颗粒的制备方法，属于氧化亚铜颗粒的制备方法。该方法采用醋酸铜做原料、N‑N二甲基甲酰胺做溶剂、聚乙烯吡咯烷酮做分散剂，硼氢化钠做还原剂，在不同温度下制备形貌不同的氧化亚铜纳米颗粒，经离心分离、真空干燥，快速制成氧化亚铜。该制备方法具有成本低、制备工艺简单、环境友好、纯度高、颗粒度为纳米级，类球形纳米颗粒平均粒径约为25nm，书签状纳米颗粒平均粒径约为55nm，表面化学活性高，展示出优异的光催化性能和气敏特性，在有机染料的催化降解和气敏传感器等领域具有潜在应用价值。

Description

类球形和书签状纳米氧化亚铜颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化亚铜颗粒的制备方法，特别是一种类球形和书签状纳米氧化亚铜颗粒的制备方法。
背景技术
氧化亚铜是典型的P型半导体，可以应用于太阳能转换、磁存储、催化、气敏等领域。尺寸达到纳米级之后，因其较大的比表面积和优良的表面物理化学性质使其在太阳能电池、气体催化、气敏传感器等方面有许多很有潜力的应用。Cu2O作为光催化剂最明显的优势是可直接利用可见光将水分解成氢气和氧气，在光催化降解有机污染物方面有很好的应用前景，有望成为继TiO2之后的新一代半导体光催化剂。而基于Cu2O纳米颗粒制备的气体传感器对有毒、易燃气体具有很高的灵敏性和很好的选择性，目前已经被广泛应用于检测乙醇、H2S、NO2等气体。
中国专利公开了《一种合成氧化亚铜纳米球的方法及氧化亚铜纳米球的应用》专利号200510086782，该专利工艺制备的氧化亚铜微纳米球最小粒径约为200nm，因为其工艺及参数的局限性，造成尺寸、形貌特征、表面性质与结构即Cu2O纳米颗粒的最小粒径为200nm的确定性。
众所周知，纳米材料的尺寸及形貌是影响纳米材料性能的关键因素。因为纳米颗粒尺寸的降低，比表面积和表面化学活性增加，进而引起催化和气敏等表面性能的显著提高。而不同的反应产物及反应条件能够导致产物的尺寸大小、形貌特征、表面性质与结构各不相同，进而导致所制备样品的物理化学性质存在差异。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要提供一种工艺简单的类球形和书签状纳米氧化亚铜颗粒的制备方法，解决了氧化亚铜难以制备几十个纳米尺度的小颗粒产物的问题，增加了表面积，增大了其吸附和光催化降解能力。
本发明的目的是这样实现的：制备该纳米氧化亚铜颗粒的原料及其组合准备用量为：醋酸铜：0.4g±0.001g，N-N二甲基甲酰胺(DMF)：60ml±0.5mL，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)：0.165g±0.001g，硼氢化钠：0.04g±0.001g；
制备方法的具体步骤为：
(1)将0.4g醋酸铜溶入60ml N-N二甲基甲酰胺；
(2)将0.165gPVP(分子量50000)加入上述溶液中，强烈搅拌；
(3)随后将0.04g硼氢化钠加入上述溶液，分别在80℃水浴中反应25分钟，在120℃油浴中反应22分钟，均有橙黄色或者黄色颗粒出现，表示有Cu2O生成；
(4)将含有Cu2O的固液两相经过高速离心，得到Cu2O固体颗粒，然后用无水酒精和去离子水交叉洗涤Cu2O颗粒数次，除去反应过程中的其他杂质；
(5)将含水或酒精的湿Cu2O置于真空干燥箱中，在60℃下真空干燥4小时，即可得到高纯度Cu2O书签状或者类球形纳米颗粒；
(6)检测、分析、表征对制备的氧化亚铜产物的色泽、形貌、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征；用X射线衍射仪进行氧化亚铜类球形和书签状纳米颗粒物相分析；用扫描电子显微镜进行氧化亚铜类球形和书签状纳米颗粒的表面形貌分析；用透射电子显微镜进行氧化亚铜类球形和书签状纳米颗粒内部结构分析；结论：类球状氧化亚铜纳米颗粒为橙黄色粉体颗粒，平均粒径约为25nm，书签状氧化亚铜纳米颗粒为黄色粉体颗粒，平均粒径约为55nm。
有益效果，由于采用了上述方案，在制备方法中增加了反应溶剂N-N二甲基甲酰胺溶剂的量，并使用了不同分子量的分散剂PVP，在本发明的反应条件下制备出了几十纳米尺寸的颗粒，形貌也发生了变化，产生了意想不到的技术效果。类球形纳米Cu2O颗粒平均粒径约为25nm，书签状纳米Cu2O颗粒平均粒径约为55nm，粒径要比当前专利文件及文献中报道的Cu2O纳米颗粒的最小粒径200nm要小得多。产物表面形貌也发生了明显的变化，大大提高了氧化亚铜的光催化性能和气敏特性。粒径的减小和形貌的变化使得Cu2O比表面积和表面化学活性大大提高，尤其是书签状的氧化亚铜纳米颗粒，表面粗糙，布满凹坑，类似蜂窝状，展示出良好的气敏性和光催化性能。从同样浓度的响应程度来看，本发明专利制备的Cu2O书签状纳米颗粒具有最灵敏的响应和回复效应。当Cu2O书签状纳米气敏元件与10ppm乙醇接触时，因为薄膜电阻的迅速降低而使电压有大约1.4V的变化，响应时间低于20秒；当乙醇挥发后，会在5秒左右迅速回复到原值。
利用Cu2O颗粒对丙酮气体的气敏响应来检测所得产物的气敏选择性，发现其对丙酮气体的响应相比于对乙醇气体更加灵敏，具有更短的响应时间和回复时间。而且，从所得产物对甲基橙的光催化降解实验中得出，反应不到15分钟，书签状纳米Cu2O对甲基橙溶液的光催化降解率能够达到80％以上。这些结果表明在有机染料的催化降解和气敏传感器等领域具有潜在应用价值。
优点在于：
1、此制备方法反应温度低、反应时间短、制备工艺简单、环境友好；
2、产品纯度高、颗粒度为几十个纳米，表面化学活性高，具有良好的光催化性能和气敏特性。
附图说明：
图1为本发明制备的Cu2O纳米颗粒的x射线衍射图。
图2a为本发明制备的书签状Cu2O纳米颗粒的SEM图。
图2b为本发明制备的书签状Cu2O纳米颗粒的TEM图。
图3a为本发明制备的类球形Cu2O纳米颗粒的SEM图。
图3b为本发明制备的类球形Cu2O纳米颗粒的TEM图。
图4为本发明制备的Cu2O纳米颗粒的气敏元件对不同浓度的乙醇气体的响应曲线图。
图5为本发明制备的Cu2O纳米颗粒的气敏元件对不同浓度的丙酮气体的响应曲线图。
图6为本发明制备的Cu2O纳米颗粒的光催化性能曲线。
图7A为现有技术制备Cu2O纳米球的SEM图。
图7B为现有技术制备的Cu2O纳米球的TEM图。
图8为现有技术制备的Cu2O纳米球的气敏元件对不同浓度的乙醇气体的响应曲线图。
具体实施方式：
实施例1：制备该纳米氧化亚铜颗粒的原料及其组合准备用量为：醋酸铜：0.4g±0.001g，N-N二甲基甲酰胺(DMF)：60ml±0.5mL，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)：0.165g±0.001g，硼氢化钠：0.04g±0.001g；
制备方法的具体步骤为：
(1)将0.4g醋酸铜溶入60ml N-N二甲基甲酰胺；
(2)将0.165gPVP(分子量50000)加入上述溶液中，强烈搅拌；
(3)随后将0.04g硼氢化钠加入上述溶液，分别在80℃水浴中反应25分钟，在120℃油浴中反应22分钟，均有橙黄色或者黄色颗粒出现，表示有Cu2O生成；
(4)将含有Cu2O的固液两相经过高速离心，得到Cu2O固体颗粒，然后用无水酒精和去离子水交叉洗涤Cu2O颗粒数次，除去反应过程中的其他杂质；
(5)将含水或酒精的湿Cu2O置于真空干燥箱中，在60℃下真空干燥4小时，即可得到高纯度Cu2O书签状纳米颗粒。
(6)检测、分析、表征对制备的氧化亚铜产物的色泽、形貌、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征；用X射线衍射仪进行氧化亚铜类球形和书签状纳米颗粒物相分析；用扫描电子显微镜进行氧化亚铜类球形和书签状纳米颗粒的表面形貌分析；用透射电子显微镜进行氧化亚铜类球形和书签状纳米颗粒内部结构分析；结论：类球形氧化亚铜纳米颗粒为橙黄色粉体颗粒，平均粒径约为25nm，书签状氧化亚铜纳米颗粒为黄色粉体颗粒，平均粒径约为55nm。
图4中，制备的Cu2O纳米颗粒的气敏元件对不同浓度的乙醇气体在240摄氏度左右的响应曲线，可以看出Cu2O纳米颗粒对乙醇气体有很优越的响应性，且响应和恢复时间短。
图5中，制备的Cu2O纳米颗粒的气敏元件对不同浓度的丙酮气体在240摄氏度左右的响应曲线，可以看出Cu2O纳米颗粒对丙酮气体有很优越的响应性，且响应和恢复时间短。
实施例2：
(1)将0.4g醋酸铜溶入60ml N-N二甲基甲酰胺；
(2)将0.165gPVP(分子量50000)加入上述溶液中，强烈搅拌；
(3)随后将0.04g硼氢化钠加入上述溶液，分别在80℃水浴中反应25分钟，在120℃油浴中反应22分钟，均有橙黄色或者黄色颗粒出现，表示有Cu2O生成；
(4)将含有Cu2O的固液两相经过高速离心，得到Cu2O固体颗粒，然后用无水酒精和去离子水交叉洗涤Cu2O颗粒数次，除去反应过程中的其他杂质；
(5)将湿Cu2O置于真空干燥箱中，60℃下真空干燥4小时，即可得到高纯度Cu2O类球形纳米颗粒。
其他与实施例1同。

Claims (1)

1.一种类球形和书签状纳米氧化亚铜颗粒的制备方法，其特征在于制备该纳米氧化亚铜颗粒的原料及其组合准备用量为：醋酸铜：0.4 g±0.001g，N-N二甲基甲酰胺（DMF）：60mL ±0.5 mL，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）：0.165 g±0.001g，硼氢化钠：0.04 g±0.001g；
制备方法的具体步骤为：
（1）将0.4g醋酸铜溶入60 mL N-N二甲基甲酰胺，构成第一混合溶液；
（2）将0.165gPVP加入步骤（1）的第一混合溶液中，强烈搅拌，构成第二混合溶液；所述的PVP分子量为50000；
（3）随后将0.04g硼氢化钠加入上述第二混合溶液，分别在80ºC水浴中反应25分钟， 在120 ºC 油浴中反应22分钟，均有橙黄色或者黄色颗粒出现，表示有Cu2O生成；
（4）将含有Cu2O的固液两相经过高速离心，得到Cu2O固体颗粒，然后用无水酒精和去离子水交叉洗涤Cu2O颗粒数次，除去反应过程中的其他杂质；
（5）将含水或酒精的湿Cu2O置于真空干燥箱中，在60 ºC下真空干燥4小时，即可得到高纯度Cu2O书签状或类球状纳米颗粒；
（6）检测、分析、表征对制备的氧化亚铜产物的色泽、形貌、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征；用X射线衍射仪进行氧化亚铜类球形和书签状纳米颗粒物相分析；用扫描电子显微镜进行氧化亚铜类球形和书签状纳米颗粒的表面形貌分析；用透射电子显微镜进行氧化亚铜类球形和书签状纳米颗粒内部结构分析；结论：类球状氧化亚铜纳米颗粒为橙黄色粉体颗粒，平均粒径25 nm，书签状氧化亚铜纳米颗粒为黄色粉体颗粒，平均粒径为55nm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109701535B (zh) * 2019-01-28 2021-06-29 中北大学 氧化亚铜-碳点-铜三元复合光催化剂的制备方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100427246C (zh) * 2005-11-04 2008-10-22 清华大学 一种合成氧化亚铜纳米球的方法及氧化亚铜纳米球的应用
KR100869026B1 (ko) * 2007-07-25 2008-11-17 주식회사 엘지화학 구형의 산화제일구리 응집체 입자 조성물 및 그 제조방법

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