CN111422897A - 一种氧化铜纳米棒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化铜纳米棒的制备方法，以NaOH、CuCl2和氨水为原料，充分利用Cu离子具有两性的特点，通过两步法，首先反应生成中间产物前驱体并进一步反应得到最终氧化铜纳米棒。在溶剂热反应过程中，控制表面活性剂和形貌助剂的种类及浓度，调控产物的形貌及尺寸，得到纳米级氧化铜棒。本发明的技术方案，具有较好的制备适应性，操作简单、生产成本较低，产物在电子元器件领域也有着广阔的应用前景。

Description

一种氧化铜纳米棒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种制备铜化合物的方法，特别是涉及一种氧化铜纳米棒的制备方法。
背景技术
氧化铜，是一种铜的黑色氧化物，主要用于制人造丝、陶瓷、釉及搪瓷、石油脱硫剂、杀虫剂，也供制氢、催化剂、绿色玻璃等用。
随着电子技术的发展，CuO因具有较宽的禁带而得到科学家的广泛关注，同时其还具有较大的激子束缚能，在光电子器件、光催化和太阳能电池中有很大的应用前景。
氧化铜的熔点约在1025℃，在高温下具有结构稳定性和较高的化学稳定性，其在纳米尺寸下的场发射特性，进一步拓宽了在电子元器件领域的应用潜力。
据报道，目前已成功制备出各种形态各异的纳米级CuO结构，如纳米线、纳米花、纳米片、纳米棒、纳米薄膜等，其制备方法也多种多样，如水热合成法、CVD法、电镀法、薄膜生长法等。
本发明在现有的水热法基础上，通过多次试验和分析，形成了中间前驱体-溶剂热法制备纳米棒CuO的一系列方法，并可进行掺杂、复合，具有较好的制备适应性，产物在电子元器件领域也有着广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化铜纳米棒的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种氧化铜纳米棒的制备方法，包括如下步骤：
(1)原料准备：用去离子水分别浓度为0.3-0.5mol/L的NaOH溶液、浓度为0.2-1mol/L的CuCl2溶液，浓度为4-10mol/L的氨水；
(2)前驱体制备：取30mLCuCl2溶液放置在烧杯中，将烧杯置于磁力搅拌器上，开启搅拌器，然后将NaOH溶液逐滴加入到CuCl2溶液中，其中NaOH与CuCl2的摩尔比为约0.7-1:1，待形成绿色絮状沉淀物时进行过滤，将得到的固体用去离子水洗涤后烘干得到前驱体；
(3)溶剂热反应：选择带有搅拌装置的反应釜，在反应釜中加入去离子水与葡萄糖，然后加入表面活性剂、形貌助剂并一直搅拌，加热至60-80℃后加入步骤(2)得到的前驱体，继续搅拌10-30min后加入步骤(1)中配置的氨水，并加热到220-260℃反应1-3h，其中葡萄糖的浓度为1-5mol/L；
(4)产物处理：将步骤(3)反应得到的沉淀物用去离子水和无水乙醇分别洗涤，烘干得到黑色的氧化铜纳米棒。
优选地，步骤(2)中的逐滴加入速度为10-25滴/min。
优选地，步骤(3)中的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮或者聚乙烯醇，其用量为0.05-0.1mol/L。
优选地，步骤(3)中的形貌助剂为柠檬酸，其用量为0.1-0.2mol/L。
本发明公开的技术方案，利用Cu离子具有的两性，通过控制碱与铜离子的用量比例，依次得到中间产物和最终产物。其中，最终产物是通过中间产物前驱体在溶剂热条件下与弱碱氨水反应得到的，得到的纳米棒长度在200-400nm之间，直径约为20-30nm。
发明人通过多次试验，发现在溶剂热反应过程中加入不同的表面活性剂和形貌助剂，并调整两者的浓度，可以得到不同形貌的产物。进一步的，发明人还发现，加入用于产物吸附的基体材料，还可以得到氧化铜的复合材料。
本发明公开的氧化铜纳米棒制备方法，充分利用Cu离子具有两性的特点，与碱反应生成中间产物前驱体并进一步反应得到最终氧化铜纳米棒。在溶剂热反应过程中，控制表面活性剂和形貌助剂的种类及浓度，调控产物的形貌及尺寸，得到纳米级氧化铜棒。本发明的技术方案，具有较好的制备适应性，操作简单、生产成本较低，产物在电子元器件领域也有着广阔的应用前景。
附图说明
图1是实施例1得到的氧化铜纳米棒的SEM图。
具体实施方式
以下为本发明的具体实施方式，用以对本发明进行解释和说明。
实施例1
一种氧化铜纳米棒的制备方法，包括如下步骤：
(1)原料准备：用去离子水分别浓度为0.3mol/L的NaOH溶液、浓度为1mol/L的CuCl2溶液，浓度为6mol/L的氨水；
(2)前驱体制备：取30mLCuCl2溶液放置在烧杯中，将烧杯置于磁力搅拌器上，开启搅拌器，然后将NaOH溶液按照25滴/min的速度逐滴加入到CuCl2溶液中，其中NaOH与CuCl2的摩尔比为1:1，待形成绿色絮状沉淀物时进行过滤，将得到的固体用去离子水洗涤后烘干得到前驱体；
(3)溶剂热反应：选择带有搅拌装置的反应釜，在反应釜中加入去离子水与葡萄糖，然后加入表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮、形貌助剂柠檬酸并一直搅拌，加热至80℃后加入步骤(2)得到的前驱体，继续搅拌30min后加入步骤(1)中配置的氨水，并加热到220℃反应3h，其中葡萄糖的浓度为1mol/L，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.05mol/L，柠檬酸的浓度为0.2mol/L；
(4)产物处理：将步骤(3)反应得到的沉淀物用去离子水和无水乙醇分别洗涤，在70℃下烘干得到黑色的氧化铜纳米棒。
得到的氧化铜纳米棒如图1所示，长度在200-400nm之间，直径约为20-30nm。
实施例2
一种氧化铜纳米棒的制备方法，包括如下步骤：
(1)原料准备：用去离子水分别浓度为0.5mol/L的NaOH溶液、浓度为0.2mol/L的CuCl2溶液，浓度为10mol/L的氨水；
(2)前驱体制备：取30mLCuCl2溶液放置在烧杯中，将烧杯置于磁力搅拌器上，开启搅拌器，然后将NaOH溶液按照10滴/min的速度逐滴加入到CuCl2溶液中，其中NaOH与CuCl2的摩尔比为0.7:1，待形成绿色絮状沉淀物时进行过滤，将得到的固体用去离子水洗涤后烘干得到前驱体；
(3)溶剂热反应：选择带有搅拌装置的反应釜，在反应釜中加入去离子水与葡萄糖，然后加入表面活性剂聚乙烯醇、形貌助剂柠檬酸并一直搅拌，加热至60℃后加入步骤(2)得到的前驱体，继续搅拌10min后加入步骤(1)中配置的氨水，并加热到260℃反应1h，其中葡萄糖的浓度为5mol/L，聚乙烯醇的浓度为0.1mol/L，柠檬酸的浓度为0.1mol/L；
(4)产物处理：将步骤(3)反应得到的沉淀物用去离子水和无水乙醇分别洗涤，在85℃下烘干得到黑色的氧化铜纳米棒。

Claims (4)

1.一种氧化铜纳米棒的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)原料准备：用去离子水分别浓度为0.3-0.5mol/L的NaOH溶液、浓度为0.2-1mol/L的CuCl2溶液，浓度为4-10mol/L的氨水；
(2)前驱体制备：取30mLCuCl2溶液放置在烧杯中，将烧杯置于磁力搅拌器上，开启搅拌器，然后将NaOH溶液逐滴加入到CuCl2溶液中，其中NaOH与CuCl2的摩尔比为约0.7-1:1，待形成绿色絮状沉淀物时进行过滤，将得到的固体用去离子水洗涤后烘干得到前驱体；
(3)溶剂热反应：选择带有搅拌装置的反应釜，在反应釜中加入去离子水与葡萄糖，然后加入表面活性剂、形貌助剂并一直搅拌，加热至60-80℃后加入步骤(2)得到的前驱体，继续搅拌10-30min后加入步骤(1)中配置的氨水，并加热到220-260℃反应1-3h，其中葡萄糖的浓度为1-5mol/L；
(4)产物处理：将步骤(3)反应得到的沉淀物用去离子水和无水乙醇分别洗涤，烘干得到黑色的氧化铜纳米棒。
2.根据权利要求1所述的一种氧化铜纳米棒的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的逐滴加入速度为10-25滴/min。
3.根据权利要求1所述的一种氧化铜纳米棒的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮或者聚乙烯醇，其用量为0.05-0.1mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种氧化铜纳米棒的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的形貌助剂为柠檬酸，其用量为0.1-0.2mol/L。
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