一种Cu2O微球的制备方法
技术领域
本发明属于铜的氧化物的制备,具体,涉及一种氧化亚铜微球的制备方法。
背景技术
氧化亚铜是一种重要的p型金属氧化物半导体,其带隙能为1.9ev-2.2ev,在可见光区的吸收系数较高,能量转化率理论上可达12%。它具有独特的赤铜矿结构,即氧原子是体心立方堆积,铜原子是面心立方堆积,铜原子占据氧原子组成的正四面体间隙。近几年,因其独特的光、电、磁学性能,且无毒,储量丰富,制备成本较低,价格低廉,其在各领域的用途逐渐得到人们的研究和开发,已经被证明具有一些很好的应用,如在太阳能转换、电子学、磁储存装置、生物传感及催化方面有着潜在的应用。
近些年来,采用不同方法制备形貌和尺寸可控的Cu2O纳米晶已经成为各国研究人员关注的热点。目前,已有不少关于Cu2O纳米材料制备过程中控制其形貌和尺寸来优化其相应性质的研究成果报道,例如科研者已经用磁控溅射法、低温固相法、水热法、气相沉积法、溶剂热法及电化学沉积等方法制备合成出Cu2O纳米球、纳米线、立方体、空心球、薄膜、八面体和十二面体等形貌。这些方法虽然都制备出氧化亚铜,但很少能得到性能稳定、粒径均一的氧化亚铜,而且很多制备方法比较繁琐复杂,如磁控溅射法不但方法复杂而且对设备要求很高;固相法制备的氧化亚铜往往无均一形貌;水热法所需温度较高且反应时间长;而现有还原法中还原剂多为有机物如葡萄糖、抗坏血酸等,反应废液多、污染环境,这些缺陷都不利于工业化大规模生产。因此,利用简单的方法、较低的成本,制备出形貌可控、纯度高的纳米Cu2O具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题是提供一种工艺简单、成本低、反应周期短、均匀的氧化亚铜微球的制备方法。
一种Cu2O制备方法,包括以下步骤:
步骤一,准备一定量的十二烷基苯磺酸钠溶于一定去离子水中,形成十二烷基苯磺酸钠溶液;
步骤二,准备一定量的铜源溶于上述十二烷基苯磺酸钠溶液中,并搅拌,形成溶液A;
步骤三,在所述溶液A中逐滴滴加一定量的40%的N2H4·H2O,搅拌2-5分钟,形成溶液B;
步骤四,立即将溶液B于室温下超声一定时间后,取出;
步骤五,继续搅拌5-10分钟;
步骤六,离心,乙醇与去离子水分别洗涤多次,干燥,得到Cu2O微球。
进一步地,所述铜源为硫酸铜、硝酸铜或氯化铜的一种或几种的混合物。
进一步地,所述十二烷基苯磺酸钠溶液的浓度为0.42mg/mL-1.88mg/mL。
具体地,所述十二烷基苯磺酸钠与铜源的质量比为(5-15)∶(2.5-6),所述铜源与N2H4·H2O的质量与体积比为(2.5-6)g∶(2-4)ml。
作为优选,所述步骤四的超声一定时间为3-5min。
进一步地,所得Cu2O微球尺寸为250nm-1μm。
进一步地,所述步骤四的超声的频率为100-180W。
一种上述的制备方法制备的Cu2O微球,Cu2O微球的尺寸为250nm-1μm。
本发明的有益效果:本发明的氧化亚铜微球的制备方法,无需高温,无需贵重仪器设备,通过合理的工艺控制,实现微纳米氧化亚铜微球的制备。本发明的原料廉价易得,合成工艺简单,成本低,反应周期短,且对环境无污染。该制备的氧化亚铜微球大小均匀、尺寸可调、分散良好,可应用于气敏、吸附、光催化等领域。
附图说明
图1是实例2所制备氧化亚铜微球材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图2是实例2所制备氧化亚铜微球材料的X射线衍射图谱。
图3是对比例1所制备氧化亚铜微球材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图4是对比例2所制备氧化亚铜微球材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。
具体实施方式
以下通过具体实施例用于进一步说明本发明描述的方法,但是并不意味着本发明局限于这些实施例。
实施例1:
一种Cu2O微球制备方法,其步骤包括:
步骤一,准备0.05g的十二烷基苯磺酸钠SDBS溶于80ml去离子水中,形成浓度为0.625mg/mL的十二烷基苯磺酸钠溶液;
步骤二,准备0.25g的CuSO4·5H2O溶于上述十二烷基苯磺酸钠溶液中,并搅拌,形成溶液A;
步骤三,并在溶液A中逐滴滴加0.2ml的40%的N2H4·H2O,搅拌2分钟,形成溶液B;
步骤四,立即将含有溶液B的玻璃容器移入超声机中进行超声,室温条件下超声,超声的频率选为100-180W,超声3分钟后,取出;
步骤五,继续搅拌5分钟;
步骤六,离心,乙醇与去离子水分别洗涤多次,干燥,得到Cu2O微球颗粒,Cu2O微球的尺寸为250-300nm。
即上述十二烷基苯磺酸钠与CuSO4·5H2O的质量比为1∶5,所述CuSO4·5H2O与N2H4·H2O的质量与体积比为2.5g∶2ml。
实施例2:
一种Cu2O微球制备方法,其步骤包括:步骤一,准备0.1g的十二烷基苯磺酸钠SDBS溶于100ml去离子水中,形成浓度为1mg/mL的十二烷基苯磺酸钠溶液;步骤二,准备0.358g的CuSO4·5H2O溶于上述十二烷基苯磺酸钠溶液,并搅拌,形成溶液A;步骤三,再逐滴滴加0.3ml的40%的N2H4·H2O,搅拌3分钟,形成溶液B;步骤四,立即将含有溶液B的玻璃容器移入超声机中进行超声,室温超声4分钟后,取出;步骤五,继续搅拌8分钟;步骤六,离心,乙醇与去离子水分别洗涤多次,干燥,即得Cu2O微球颗粒。
即上述十二烷基苯磺酸钠与CuSO4·5H2O的质量比为1∶3.58,所述CuSO4·5H2O与N2H4·H2O的质量与体积比为3.58g∶3ml,上述超声机的频率选为100-180W。最后得到的氧化亚铜微球颗粒尺寸500-600nm。
附图1和2分别为本实施例制成的Cu2O微球的SEM和XRD图,从SEM图可以看出制备的Cu2O微球分散性较好,颗粒比较均匀,从XRD图可以看出制备的Cu2O微球结晶性较好,为Cu2O晶体。
实施例3:
一种Cu2O微球制备方法,其步骤包括:1)准备0.15g的十二烷基苯磺酸钠SDBS溶于120ml去离子水中,形成十二烷基苯磺酸钠溶液,2)准备0.493g的CuSO4·5H2O溶于上述十二烷基苯磺酸钠溶液中,并搅拌,3)逐滴滴加0.4ml的40%的N2H4·H2O,搅拌3分钟,4)立即将其移入超声机中进行超声,室温超声5分钟后,取出,5)继续搅拌10分钟,6)离心,乙醇与去离子水分别洗涤多次,干燥。上述超声机的频率选为100-180W。最后得到的氧化亚铜微球颗粒尺寸800-1000nm。
实施例4:
一种Cu2O微球制备方法,其步骤包括:1)准备0.1g的十二烷基苯磺酸钠SDBS溶于100ml去离子水中,形成十二烷基苯磺酸钠溶液,2)准备0.358g的硝酸铜溶于上述十二烷基苯磺酸钠溶液中,并搅拌,3)逐滴滴加0.3ml的40%的N2H4·H2O,搅拌3分钟,4)立即将玻璃容器移入超声机中进行超声,室温超声4分钟后,取出,5)继续搅拌8分钟,6)离心,乙醇与去离子水分别洗涤多次,干燥。上述超声机的频率选为100-180W。最后得到的氧化亚铜微球颗粒尺寸500-600nm。
实施例5:
一种Cu2O微球制备方法,其步骤包括:1)准备0.1g的十二烷基苯磺酸钠SDBS溶于100ml去离子水中,形成十二烷基苯磺酸钠溶液,2)准备0.358g的氯化铜溶于上述十二烷基苯磺酸钠溶液中,并搅拌,3)逐滴滴加0.3ml的40%的N2H4·H2O,搅拌3分钟,4)立即将其移入超声机中进行超声,室温超声4分钟后,取出,6)继续搅拌8分钟,7)离心,乙醇与去离子水分别洗涤多次,干燥。上述超声机的频率选为100-180W。最后得到的氧化亚铜微球颗粒尺寸500-600nm。
实施例6:
一种Cu2O微球制备方法,其步骤包括:1)准备0.05g的十二烷基苯磺酸钠SDBS溶于120ml去离子水中,形成十二烷基苯磺酸钠溶液,2)准备0.6g的氯化铜和硝酸铜溶于上述十二烷基苯磺酸钠溶液中,并搅拌,3)逐滴滴加0.2ml的40%的N2H4·H2O,搅拌3分钟,4)立即将玻璃容器移入超声机中进行超声,室温超声4分钟后,取出,5)继续搅拌8分钟,6)离心,乙醇与去离子水分别洗涤多次,干燥。上述超声机的频率选为100-180W。最后得到的氧化亚铜微球颗粒尺寸250-300nm。
实施例8:
一种Cu2O微球制备方法,其步骤包括:1)准备0.15g的十二烷基苯磺酸钠SDBS溶于80ml去离子水中,形成十二烷基苯磺酸钠溶液,2)准备0.25g的氯化铜和硝酸铜溶于上述十二烷基苯磺酸钠溶液中,并搅拌,3)逐滴滴加0.4ml的40%的N2H4·H2O,搅拌3分钟,4)立即将其移入超声机中进行超声,室温超声4分钟后,取出,5)继续搅拌8分钟,6)离心,乙醇与去离子水分别洗涤多次,干燥。上述超声机的频率选为100-180W。最后得到的氧化亚铜微球颗粒尺寸800-1000nm。
对比例1:
准备与实施例2中表面活性剂与铜源的比例相同的活性剂,不同表面活性剂PVP,CTAB,SDS
一种Cu2O微球制备方法,其步骤包括:1)准备0.1g的表面活性剂(PVP,CTAB,SDS)溶于100ml去离子水中,2)准备0.358g的硫酸铜溶于上述表面活性剂溶液中,并搅拌,3)逐滴滴加0.3ml的40%的N2H4·H2O,搅拌3分钟,4)立即将其移入超声机中进行超声,室温超声4分钟后,取出,5)继续搅拌8分钟,6)离心,乙醇与去离子水分别洗涤多次,干燥。上述超声机的频率选为100-180W。最后得到的氧化亚铜微球。附图3中A、B、C、D分别是表面活性剂为PVP、CTAB、SDS、SDBS所制备出的Cu20微球。从附图中可以看出均可以制成Cu2O微球,但表面活性剂为PVP、CTAB、SDS制成的Cu2O微球杂质较多,且颗粒不均匀。
对比例2
与实施例2相同的是,使用十二烷基苯磺酸钠SDBS作为表面活性剂,不同之处在于,没有超声处理步骤。具体如下:
一种Cu2O微球制备方法,其步骤包括:1)准备0.1g的十二烷基苯磺酸钠SDBS溶于100ml去离子水中,形成浓度为1mg/mL的十二烷基苯磺酸钠溶液,2)准备0.358g的硫酸铜溶于上述十二烷基苯磺酸钠溶液中,并搅拌,3)逐滴滴加0.3ml的40%的N2H4·H2O,继续搅拌11分钟,4)离心,乙醇与去离子水分别洗涤多次,干燥,最后得到的氧化亚铜微球。由附图4可以看出制备的Cu2O杂质较多。