CN107159900B - 一种铜纳米立方体可控制备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜纳米立方体可控制备的方法。本发明的铜纳米立方体粒子由铜盐溶液和温和型还原剂在惰性气体保护下先室温搅拌再加热回流反应获得；其中：所述还原剂为丙烯酸钠，室温搅拌时间为36～60小时，回流反应时间为30～60分钟。本发明的方法比种子介导生长合成法少了一些实验步骤带来的复杂性；本发明粒子尺寸、形貌的可控性合成方法为更好地拓展其在更多体系中的应用提供了可行性。

Description

一种铜纳米立方体可控制备的方法
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体地说，是一种铜纳米立方体可控制备的方法。
背景技术
纳米粒子自引起研发热情不久人们就发现纳米粒子的尺寸和形状对其金属性质的影响不容忽视，因此纳米粒子如何可控制备成为了持久的热点。可控制备不仅仅是要求能对纳米粒子的尺寸实现可控、还要能够对其形貌(如球体、立方体、多面体、棒状体、甚至空心体等等)和组成(如单一或合金)同样实现可控，也正是这些要求吸引了人们越来越多的关注。
金属铜由于其具有的高导电性和优异的催化性能带来的广泛潜在应用而引起研究者们很大的兴趣。如有研究是先通过铜前体和强还原剂合成铜纳米粒子的种子，再通过生长法，并控制反应条件及剂量，可以从几十个纳米生长到微米级的球体；也有一些研究报道是通过抗坏血酸作为覆盖剂和还原剂在聚乙烯吡咯烷酮体系中合成铜纳米立方体，粒径可为100纳米以下。
发明内容
针对以上技术问题，本发明的目的是提供一种铜纳米立方体可控制备的方法；该方法简单，得到铜纳米粒子的尺寸较均匀。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为如下。
本发明提供一种铜纳米立方体可控制备的方法，由铜盐溶液和温和型还原剂在惰性气体保护下先室温搅拌再加热回流反应获得铜纳米立方体；其中：所述温和型还原剂为丙烯酸钠，室温搅拌时间为36～60小时，回流反应时间为30～60分钟。
本发明中，铜盐溶液为氯化铜、硝酸铜或者硫酸铜溶液。
本发明中，铜盐和还原剂的摩尔比为1:40～1:60。
本发明中，铜盐和还原剂的摩尔比为1:45～1:55。
本发明中，惰性气体为氮气或者氩气。
本发明中，室温搅拌时间为40～50小时，回流反应时间为40～60分钟。
本发明中，得到的铜纳米立方体平均尺寸在200～600nm之间。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用温和型还原剂进行还原反应，其提供温和还原性可以避免还原过程太剧烈造成的局部粒子急剧增大进而尺寸偏差较大的现象，同时丙烯酸钠又有自聚特性，对于纳米粒子而言提供胶粘剂的作用，在粒子制备后可以形成保护层，对粒子团聚的常见问题有一定抑制作用；
(2)本发明通过控制不同的反应时间并控制不同的反应剂用量，可以实现不同粒径的铜纳米粒子的可控合成。通过常规的扫描电镜表征技术获得其准确形貌及尺寸。这类方法比种子介导生长合成法少了一些实验步骤带来的复杂性。为拓展铜纳米粒子在催化、热传导、微电子等领域的广泛应用的提供新的合成方法。
附图说明
图1为～实施例1的铜纳米立方体电镜图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的描述，但本发明并不限于下述实施例。
本发明各实施例中所用的各种原料，如无特殊说明，均为市售。
实施例1
铜立方体(468±29纳米)的可控制备及表征：
(1)铜无机盐、还原剂的配制
购买的氯化铜用去离子水配置成8.0×10-4摩尔/升的铜前体溶液；购买的丙烯酸钠用去离子水配置成4.40×10-2摩尔/升的还原剂溶液，前后两者浓度之比约为：1:55，体积比为1:1；
(2)铜纳米粒子的合成过程
在惰性气流下，将铜前体溶液和还原剂溶液在烧瓶中进行搅拌混合50小时，再利用加热装置对上述混合液进行加热至沸腾，之后回流60分钟。在上述时长的反应中，丙烯酸钠提供温和还原性可以避免还原过程太剧烈造成的局部粒子急剧增大进而尺寸偏差较大的现象，同时丙烯酸钠又有自聚特性，对于纳米粒子而言提供胶粘剂的作用，在粒子制备后可以形成保护层，对粒子团聚的常见问题有一定抑制作用，粒子尺寸因搅拌时长及加热时长不同而异。
(3)铜纳米粒子的最终形貌和尺寸
可以通过扫描电镜获得铜纳米粒子的形貌特征主要为立方体，少量仍呈球体，量取立方体的边长，即纳米立方体的常规表观尺寸为468±29纳米，如图1所示。
实施例2
铜立方体(390±33纳米)的可控制备及表征：
(1)铜无机盐、还原剂的配制
氯化铜用去离子水配置成2.4×10-4摩尔/升的铜前体溶液；购买的丙烯酸钠用去离子水配置成1.2×10-2摩尔/升的还原剂溶液，前后两者浓度之比为：1:50，体积比为1:1；
(2)铜纳米粒子的合成过程
在惰性气流下，将铜前体溶液和还原剂溶液在烧瓶中进行搅拌混合47小时，再利用加热装置对上述混合液进行加热至沸腾，之后回流48分钟。粒子尺寸因搅拌时长及加热时长不同而异。
(3)铜纳米粒子的最终形貌和尺寸
可以通过扫描电镜获得铜纳米粒子的形貌特征主要为立方体，少量仍呈球体，量取立方体的边长，即纳米立方体的常规表观尺寸为390±23纳米。
实施例3
铜立方体(～300纳米)的可控制备及表征：
(1)铜无机盐、还原剂的配制
氯化铜用去离子水配置成1.0×10-4摩尔/升的铜前体溶液；丙烯酸钠用去离子水配置成5.0×10-3摩尔/升的还原剂溶液，前后两者浓度之比为：1:50，体积比1:1；
(2)铜纳米粒子的合成过程
在惰性气流下，将铜前体溶液和还原剂溶液在烧瓶中进行搅拌混合42小时，再利用加热装置对上述混合液进行加热至沸腾，之后回流40分钟。粒子尺寸因搅拌时长及加热时长不同而异。
(3)铜纳米粒子的最终形貌和尺寸
可以通过扫描电镜获得铜纳米粒子的形貌特征主要为立方体，少量仍呈球体，量取立方体的边长，即纳米立方体的常规表观尺寸为～300纳米。

Claims (5)

1.一种铜纳米立方体可控制备的方法，其特征在于，由铜盐溶液和温和型的还原剂在惰性气体保护下先室温搅拌再加热回流反应获得铜纳米立方体；其中：所述还原剂为丙烯酸钠，室温搅拌时间为36～60小时，回流反应时间为30～60分钟；铜盐和还原剂的摩尔比为1:40～1:60，得到的铜纳米立方体平均尺寸在200～600nm之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，铜盐溶液为氯化铜、硝酸铜或者硫酸铜溶液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，铜盐和还原剂的摩尔比为1:45～1:55。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，惰性气体为氮气或者氩气。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，室温搅拌时间为40～50小时，回流反应时间为40～60分钟。
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