CN112919525B - 一种纳米氧化亚铜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米氧化亚铜的制备方法，是采用硫酸铜为铜源，与硫化钠和氢氧化钠混合后进行水热反应，再经离心分离、洗涤干燥，得到纳米氧化亚铜产品。本发明具有工艺简单、无污染、无副反应、产品纯度高、原料易得等优点。

Description

一种纳米氧化亚铜的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料的制备方法，具体涉及一种纳米氧化亚铜的制备方法。
背景技术
氧化亚铜(Cu2O)是一种非常重要的无机化合物，属于典型的p型半导体，具有独特的光学、电学和催化性能，在催化剂、太阳能装换、生物传感、气敏、磁性存储装置、涂料及锂离子电池等领域有着广泛的应用，得到国内外科研工作者的广泛关注。目前，氧化亚铜的制备方法多种多样。其中，液相还原法是制备纳米氧化亚铜最常用的方法之一，通常采用抗坏血酸、葡萄糖、甲醛、水合肼、硼氢化钠等还原剂在一定条件下还原二价铜制备氧化亚铜。这些制备方法虽然具备各自的优势，但由于甲醛、水合肼等还原剂本身具有较大毒性，会对环境造成一定的污染，不符合绿色化学的指导思想。同时，在液相还原法中还原剂通常过量，容易发生进一步的还原副反应，反应复杂，条件不易控制。所以，研究者们一直在努力寻找绿色环保、工艺简单的新制备方法。
水热法是制备纳米功能材料的一种有效方法，其主要优势体现在：能够以单一步骤完成产物的形成和晶化，流程简单，反应容易控制等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种绿色环保、工艺简单、无副反应、原料易得的纳米氧化亚铜的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种纳米氧化亚铜的制备方法，包括以下步骤：
a、将硫酸铜溶解在蒸馏水中，得到铜盐溶液A；
b、按摩尔比1:16将硫化钠和氢氧化钠溶解在蒸馏水中，得到混合溶液B；
c、按照硫酸铜、硫化钠和氢氧化钠的摩尔比为8:1:16，在室温下将铜盐溶液A和混合溶液B充分混合，发生如式(1)所示的反应；然后将混合物转移至对位聚苯材质的水热反应釜内胆中，密封水热反应釜后，将其放入加热设备中进行水热反应，如式(2)所示；反应后自然冷却，离心分离，洗涤、干燥，得到纳米氧化亚铜产品。
Figure BDA0002996673040000011
Figure BDA0002996673040000012
所述铜盐溶液A中铜离子的浓度为0.16～1.6mol/L。
所述混合溶液B中硫离子的浓度为0.02～0.2mol/L，氢氧根离子的浓度为0.32～3.2mol/L。
所述水热反应的温度为220℃～250℃，时间为2～6小时。
所述洗涤是先用蒸馏水洗涤产物2次，再用无水乙醇洗涤产物1次。
所述干燥是在85℃下真空干燥1小时。
本发明的有益效果体现在：
1、采用简单一锅水热法的制备技术，操作简单；
2、使用硫酸铜、硫化钠和氢氧化钠为原材料，原料易得、无污染；
3、采用本发明方法制备纳米氧化亚铜，无副反应、产品纯度高。
附图说明
图1为实施例1-4制备的纳米氧化亚铜的XRD图；
图2为实施例3、5-7制备的纳米氧化亚铜的XRD图；
图3为实施例3、8-9制备的纳米氧化亚铜的XRD图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。以下内容仅仅是对本发明的构思所做的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施案例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式代替，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
实施例1
将硫酸铜溶解在蒸馏水中，得到0.16mol/L铜盐溶液A；按摩尔比1:16将硫化钠和氢氧化钠溶解在蒸馏水中得到混合溶液B，其中硫离子的浓度为0.02mol/L，氢氧根离子浓度为0.32mol/L。在室温下将20mL铜盐溶液A和20mL混合溶液B充分混合后，将混合物转移至50mL对位聚苯材质的水热反应釜内胆中，密封反应釜后放入电热加热箱中，在250℃下保温反应4小时。反应后自然冷却至室温，离心分离，先用蒸馏水洗涤产物2次，再用无水乙醇洗涤产物1次，最后在85℃下真空干燥1小时，得到纳米氧化亚铜产品。
根据XRD衍射图谱利用谢乐公式计算得到本实施例所得纳米氧化亚铜产品的平均晶粒尺寸约为70nm。
实施例2
将硫酸铜溶解在蒸馏水中，得到0.32mol/L铜盐溶液A；按摩尔比1:16将硫化钠和氢氧化钠溶解在蒸馏水中得到混合溶液B，其中硫离子的浓度为0.04mol/L，氢氧根离子浓度为0.64mol/L。在室温下将20mL铜盐溶液A和20mL混合溶液B充分混合后，将混合物转移至50mL对位聚苯材质的水热反应釜内胆中，密封反应釜后放入电热加热箱中，在250℃下保温反应4小时。反应后自然冷却至室温，离心分离，先用蒸馏水洗涤产物2次，再用无水乙醇洗涤产物1次，最后在85℃下真空干燥1小时，得到纳米氧化亚铜产品。
根据XRD衍射图谱利用谢乐公式计算得到本实施例所得纳米氧化亚铜产品的平均晶粒尺寸约为69nm。
实施例3
将硫酸铜溶解在蒸馏水中，得到0.8mol/L铜盐溶液A；按摩尔比1:16将硫化钠和氢氧化钠溶解在蒸馏水中得到混合溶液B，其中硫离子的浓度为0.1mol/L，氢氧根离子浓度为1.6mol/L。在室温下将20mL铜盐溶液A和20mL混合溶液B充分混合后，将混合物转移至50mL对位聚苯材质的水热反应釜内胆中，密封反应釜后放入电热加热箱中，在250℃下保温反应4小时。反应后自然冷却至室温，离心分离，先用蒸馏水洗涤产物2次，再用无水乙醇洗涤产物1次，最后在85℃下真空干燥1小时，得到纳米氧化亚铜产品。
根据XRD衍射图谱利用谢乐公式计算得到本实施例所得纳米氧化亚铜产品的平均晶粒尺寸约为67nm。
实施例4
将硫酸铜溶解在蒸馏水中，得到1.6mol/L铜盐溶液A；按摩尔比1:16将硫化钠和氢氧化钠溶解在蒸馏水中得到混合溶液B，其中硫离子的浓度为0.2mol/L，氢氧根离子浓度为3.2mol/L。在室温下将20mL铜盐溶液A和20mL混合溶液B充分混合后，将混合物转移至50mL对位聚苯材质的水热反应釜内胆中，密封反应釜后放入电热加热箱中，在250℃下保温反应4小时。反应后自然冷却至室温，离心分离，先用蒸馏水洗涤产物2次，再用无水乙醇洗涤产物1次，最后在85℃下真空干燥1小时，得到纳米氧化亚铜产品。
根据XRD衍射图谱利用谢乐公式计算得到本实施例所得纳米氧化亚铜产品的平均晶粒尺寸约为65nm。
实施例5
将硫酸铜溶解在蒸馏水中，得到0.8mol/L铜盐溶液A；按摩尔比1:16将硫化钠和氢氧化钠溶解在蒸馏水中得到混合溶液B，其中硫离子的浓度为0.1mol/L，氢氧根离子浓度为1.6mol/L。在室温下将20mL铜盐溶液A和20mL混合溶液B充分混合后，将混合物转移至50mL对位聚苯材质的水热反应釜内胆中，密封反应釜后放入电热加热箱中，在240℃下保温反应4小时。反应后自然冷却至室温，离心分离，先用蒸馏水洗涤产物2次，再用无水乙醇洗涤产物1次，最后在85℃下真空干燥1小时，得到纳米氧化亚铜产品。
根据XRD衍射图谱利用谢乐公式计算得到本实施例所得纳米氧化亚铜产品的平均晶粒尺寸约为56nm。
实施例6
将硫酸铜溶解在蒸馏水中，得到0.8mol/L铜盐溶液A；按摩尔比1:16将硫化钠和氢氧化钠溶解在蒸馏水中得到混合溶液B，其中硫离子的浓度为0.1mol/L，氢氧根离子浓度为1.6mol/L。在室温下将20mL铜盐溶液A和20mL混合溶液B充分混合后，将混合物转移至50mL对位聚苯材质的水热反应釜内胆中，密封反应釜后放入电热加热箱中，在230℃下保温反应4小时。反应后自然冷却至室温，离心分离，先用蒸馏水洗涤产物2次，再用无水乙醇洗涤产物1次，最后在85℃下真空干燥1小时，得到纳米氧化亚铜产品。
根据XRD衍射图谱利用谢乐公式计算得到本实施例所得纳米氧化亚铜产品的平均晶粒尺寸约为49nm。
实施例7
将硫酸铜溶解在蒸馏水中，得到0.8mol/L铜盐溶液A；按摩尔比1:16将硫化钠和氢氧化钠溶解在蒸馏水中得到混合溶液B，其中硫离子的浓度为0.1mol/L，氢氧根离子浓度为1.6mol/L。在室温下将20mL铜盐溶液A和20mL混合溶液B充分混合后，将混合物转移至50mL对位聚苯材质的水热反应釜内胆中，密封反应釜后放入电热加热箱中，在220℃下保温反应4小时。反应后自然冷却至室温，离心分离，先用蒸馏水洗涤产物2次，再用无水乙醇洗涤产物1次，最后在85℃下真空干燥1小时，得到纳米氧化亚铜产品。
根据XRD衍射图谱利用谢乐公式计算得到本实施例所得纳米氧化亚铜产品的平均晶粒尺寸约为43nm。
实施例8
将硫酸铜溶解在蒸馏水中，得到0.8mol/L铜盐溶液A；按摩尔比1:16将硫化钠和氢氧化钠溶解在蒸馏水中得到混合溶液B，其中硫离子的浓度为0.1mol/L，氢氧根离子浓度为1.6mol/L。在室温下将20mL铜盐溶液A和20mL混合溶液B充分混合后，将混合物转移至50mL对位聚苯材质的水热反应釜内胆中，密封反应釜后放入电热加热箱中，在250℃下保温反应2小时。反应后自然冷却至室温，离心分离，先用蒸馏水洗涤产物2次，再用无水乙醇洗涤产物1次，最后在85℃下真空干燥1小时，得到纳米氧化亚铜产品。
根据XRD衍射图谱利用谢乐公式计算得到本实施例所得纳米氧化亚铜产品的平均晶粒尺寸约为65nm。
实施例9
将硫酸铜溶解在蒸馏水中，得到0.8mol/L铜盐溶液A；按摩尔比1:16将硫化钠和氢氧化钠溶解在蒸馏水中得到混合溶液B，其中硫离子的浓度为0.1mol/L，氢氧根离子浓度为1.6mol/L。在室温下将20mL铜盐溶液A和20mL混合溶液B充分混合后，将混合物转移至50mL对位聚苯材质的水热反应釜内胆中，密封反应釜后放入电热加热箱中，在250℃下保温反应6小时。反应后自然冷却至室温，离心分离，先用蒸馏水洗涤产物2次，再用无水乙醇洗涤产物1次，最后在85℃下真空干燥1小时，得到纳米氧化亚铜产品。
根据XRD衍射图谱利用谢乐公式计算得到本实施例所得纳米氧化亚铜产品的平均晶粒尺寸约为71nm。
对上述实施例1-4制得的产物进行X-射线衍射分析(XRD)，结果见附图1。利用谢乐公式进行计算，表明随着反应物浓度的增加，产物的平均晶粒尺寸稍稍减小。
对上述实施例3、5、6制得的产物进行X-射线衍射分析，结果见附图2。利用谢乐公式进行计算，表明随着水热反应温度的增加，产物的平均晶粒尺寸稍稍增大。
对上述实施例3、8、9制得的产物进行X-射线衍射分析，结果见附图3。利用谢乐公式进行计算，表明随着水热反应时间的增加，产物的平均晶粒尺寸稍稍增大。
以上仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种纳米氧化亚铜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将硫酸铜溶解在蒸馏水中，得到铜盐溶液A；
b、按摩尔比1:16将硫化钠和氢氧化钠溶解在蒸馏水中，得到混合溶液B；
c、按照硫酸铜、硫化钠和氢氧化钠的摩尔比为8:1:16，在室温下将铜盐溶液A和混合溶液B充分混合，然后转移至对位聚苯材质的水热反应釜内胆中，密封水热反应釜后，将其放入加热设备中进行水热反应，所述水热反应的温度为220℃ ～250℃ 、时间为2～6小时；反应结束后，自然冷却，离心分离，洗涤、干燥，得到纳米氧化亚铜产品。
2.根据权利要求1所述的纳米氧化亚铜的制备方法，其特征在于：所述铜盐溶液A中铜离子的浓度为0.16～1.6 mol/L。
3.根据权利要求1所述的纳米氧化亚铜的制备方法，其特征在于：所述混合溶液B中硫离子的浓度为0.02～0.2 mol/L，氢氧根离子的浓度为0.32～3.2 mol/L。
4.根据权利要求1所述的纳米氧化亚铜的制备方法，其特征在于：所述洗涤是先用蒸馏水洗涤产物2次，再用无水乙醇洗涤产物1次。
5.根据权利要求1所述的纳米氧化亚铜的制备方法，其特征在于：所述干燥是在85℃下真空干燥1小时。
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