CN118026244A - 一种粒径均匀的球形Cu2O纳米颗粒的可控合成方法及应用 - Google Patents
一种粒径均匀的球形Cu2O纳米颗粒的可控合成方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118026244A CN118026244A CN202410228904.3A CN202410228904A CN118026244A CN 118026244 A CN118026244 A CN 118026244A CN 202410228904 A CN202410228904 A CN 202410228904A CN 118026244 A CN118026244 A CN 118026244A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solution
- gelatin
- spherical
- copper
- concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 91
- BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N copper(I) oxide Inorganic materials [Cu]O[Cu] BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N cuprous oxide Chemical compound [O-2].[Cu+].[Cu+] KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 229940112669 cuprous oxide Drugs 0.000 claims abstract description 52
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 claims abstract description 47
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 claims abstract description 47
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 claims abstract description 47
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 claims abstract description 47
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 claims abstract description 47
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims abstract description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 28
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 27
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 claims description 18
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 11
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 10
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 9
- WTDHULULXKLSOZ-UHFFFAOYSA-N Hydroxylamine hydrochloride Chemical compound Cl.ON WTDHULULXKLSOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 claims description 8
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 claims description 8
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 claims description 8
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OPQARKPSCNTWTJ-UHFFFAOYSA-L copper(ii) acetate Chemical compound [Cu+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O OPQARKPSCNTWTJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 claims description 3
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims description 2
- ODWXUNBKCRECNW-UHFFFAOYSA-M bromocopper(1+) Chemical compound Br[Cu+] ODWXUNBKCRECNW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- GBRBMTNGQBKBQE-UHFFFAOYSA-L copper;diiodide Chemical compound I[Cu]I GBRBMTNGQBKBQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 abstract description 11
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 21
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 17
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 15
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 8
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 7
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 7
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000003921 particle size analysis Methods 0.000 description 7
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 description 7
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 7
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 7
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 6
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 2
- 238000001420 photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 2
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ZZZCUOFIHGPKAK-UHFFFAOYSA-N D-erythro-ascorbic acid Natural products OCC1OC(=O)C(O)=C1O ZZZCUOFIHGPKAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229930003268 Vitamin C Natural products 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 239000012716 precipitator Substances 0.000 description 1
- 239000003223 protective agent Substances 0.000 description 1
- -1 salt ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 235000019154 vitamin C Nutrition 0.000 description 1
- 239000011718 vitamin C Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G3/00—Compounds of copper
- C01G3/02—Oxides; Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/042—Electrodes formed of a single material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
- C25B11/077—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound the compound being a non-noble metal oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/85—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by XPS, EDX or EDAX data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
- C01P2004/32—Spheres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
一种粒径均匀的球形Cu2O纳米颗粒的可控合成方法及应用，包括以下步骤：步骤1，配置铜盐溶液，称为A溶液；步骤2，将明胶加入到A溶液中，加热，充分搅拌，得到铜盐和明胶均匀的混合溶液B;步骤3，在混合溶液B中缓慢加入碱溶液，充分搅拌加热，待溶液产生沉淀后加入还原剂，持续加热搅拌，经离心、洗涤、干燥后即得成品多形貌氧化亚铜纳米颗粒；具有合成工艺简单、原材料易得、绿色环保，稳定性好的特点。
Description
技术领域
本发明属于新能源纳米催化材料的合成技术领域，特别涉及一种粒径均匀的球形Cu2O纳米颗粒的可控合成方法及应用。
背景技术
随着人类社会的快速发展，化石能源迅速消耗和环境污染急剧增加，解决能源和环境问题迫在眉睫，电催化因其独特的优势，逐渐进入了大家的研究视野中。电催化可以以清洁、绿色、可再生电力为驱动力，在温和反应条件下实现电化学能源转换和物质转换。然而，选择开发高效催化剂新材料是电催化研究领域的重中之重。
氧化亚铜因其独特、可调的电子结构和低成本而被认为是一种很有潜力的电催化剂材料。但是由于氧化亚铜的形貌、尺寸因素会影响活性位点的数量和周围电子结构环境从而影响电催化活性。因此，如何合理调控氧化亚铜的形貌、尺寸，增加活性位点的数量，改善活性位点周围的电子结构环境，提高电催化活性一直成为其研究的一个重要方向。目前众多研究者制备出了不同形貌的氧化亚铜，如立方体、八面体、截角八面体、纳米线、菱形、球形等（Zhao X, Bao Z, Sun C, et al. Polymorphology formation of Cu2O: amicroscopic understanding of single crystal growth from both thermodynamicand kinetic models[J]. Journal of crystal growth, 2009, 311(3): 711-715；ZhaoH Y, Wang Y F, Zeng J H. Hydrothermal synthesis of uniform cuprous oxidemicrocrystals with controlled morphology[J]. Crystal Growth and Design, 2008,8(10): 3731-3734；Chen K, Xue D. pH-assisted crystallization of Cu2O: Chemicalreactions control the evolution from nanowires to polyhedra[J]. CrystEngComm,2012, 14(23): 8068-8075；Liang X, Gao L, Yang S, et al. Facile synthesis andshape evolution of single‐crystal cuprous oxide[J]. Advanced Materials, 2009,21(20): 2068-2071；Sui Y, Fu W, Yang H, et al. Low temperature synthesis ofCu2O crystals: shape evolution and growth mechanism[J]. Crystal Growth &Design, 2010, 10(1): 99-108.），合成的方法包括水热法、电沉积法、沉淀法、液相还原法等，然而水热法、电沉积法成本高，能耗大，且形貌不易控制，操作复杂 。
目前，湿化学法制备氧化亚铜过程中，通常会引入晶面调控剂，如聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、乙二醇等有机保护剂或者无机金属盐离子，以及使用还原剂，如盐酸羟胺、水合肼等，这些在一定程度上具有毒性，且成本较高。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种粒径均匀的球形Cu2O纳米颗粒的可控合成方法及应用，利用明胶调控氧化亚铜纳米球颗粒的合成，所使用的原材料绿色、环保，操作简便，使用该方法合成的氧化亚铜纳米球，形貌、尺寸均匀，显著降低了纳米颗粒的尺寸，增大了比表面积，增加了活性位点的数量，有效提高了氧化亚铜纳米球颗粒在电催化中的活性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种粒径均匀的球形Cu2O纳米颗粒的可控合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，配置浓度为0.01～0.1mol/L的铜盐溶液，称为A溶液；
步骤2，称取0.1～0.4g明胶加入到A溶液中，加热至60～70℃，充分搅拌30～60min，得到铜盐和明胶均匀的混合溶液B，其中明胶的浓度为1～4g/L;
步骤3，在100～110mL的混合溶液B中缓慢加入体积为10～20mL，浓度为2-6mol/L的碱溶液，充分搅拌加热20～40min，待溶液产生沉淀后加入10～20mL浓度为0.6～1.0mol/L的还原剂，并继续加热搅拌2～3h后，经离心、洗涤、干燥后即得成品多形貌氧化亚铜纳米颗粒。
所述的步骤1中，铜盐为氯化铜、硫酸铜、硝酸铜、醋酸铜、溴化铜或碘化铜中的任意一种。
所述的步骤3中，碱液包括氢氧化钠、氢氧化钾其中任意一种。
所述的步骤3中，还原剂为抗坏血酸（维生素C）、水合肼、盐酸羟胺、硼氢化钠其中任意一种。
所述的步骤3中，离心转速为9000～11000rpm，离心时间为15～30min，真空干燥温度为55～60℃，干燥时间为6～8h。
所述的Cu2O纳米颗粒在电催化中的应用。
进一步，步骤1中氯化铜溶液浓度为0.01mol/L；步骤2中，加热温度为60℃，搅拌时间60min；步骤c中，在100mL 混合溶液B中加入10mL浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液，在55℃加热条件下充分搅拌40min至产生深蓝色沉淀，然后加入0.6 mol/L的抗坏血酸溶液；步骤3中，加热温度为55℃，搅拌时间为3h，离心转速为9000rpm，离心时间为15min，真空干燥温度为60℃，干燥时间为8h。
本发明的有益效果：
本发明中以可溶性铜盐、氢氧化物、明胶、还原剂为原料，通过调控明胶的添加量合成不同尺寸的球形Cu2O纳米颗粒随后将其应用于水相中硝酸盐电化学还原产氨。
本发明以氢氧化物为沉淀剂、采用以抗坏血酸为代表的还原剂，利用湿化学方法将Cu2+还原为Cu2O纳米材料，得到的纳米颗粒具有粒径均一、大小尺寸可控、结晶度低、表面电化学活性位点丰富、电化学活性优异等特点。合成工艺简单、原材料易得、绿色环保，稳定性好。
使用本发明利用明胶调控制备粒径均匀的球形氧化亚铜纳米颗粒的合成方法，所使用的原材料绿色、环保，操作简便，使用该方法合成的氧化亚铜纳米球，形貌、尺寸均一，显著降低了纳米颗粒的尺寸，增大了比表面积，增加了活性位点的数量，有效提高了氧化亚铜纳米球颗粒在电催化中的活性。
附图说明
图1为本合成方法的工艺流程图。
图2为实施例1和实施例3氧化亚铜的扫描电子显微镜照片(SEM)。
图3为实施例1氧化亚铜的光电子能谱分析图（XPS）。
图4为实施例1和实施例3氧化亚铜X射线衍射图（XRD)。
图5为3氧化亚铜的粒径分析图，其中图5中（a）图为实施例1氧化亚铜的粒径分析图；（b）图为实施例3氧化亚铜的粒径分析图。
图6为实施例1和实施例3氧化亚铜为在电催化硝酸盐还原合成氨实际应用中的性能图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不局限于以下实施例。
实施例
配置100mL浓度为0.01mol/L氯化铜溶液得到A溶液；在A溶液中；在A溶液中加入0.3g明胶60℃加热充分搅拌60min,得到氯化铜和明胶均匀混合溶液B，其中明胶的浓度为3g/L；然后在混合溶液B中加入10mL浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液，在55℃加热条件下充分搅拌40min至产生深蓝色沉淀，随后加入10mL浓度为0.6mol/L的抗坏血酸溶液直至溶液逐渐由深蓝色变为浅黄色，得到C溶液；将上述C溶液继续在55℃条件下搅拌3h后，将溶液离心、洗涤、真空干燥后即得到氧化亚铜纳米球颗粒。
称取5mg氧化亚铜纳米球颗粒，配制成ink待备用，随后取10uL ink溶液涂覆在玻碳电极上制备工作电极。配置含有0.1moL硝酸钾和0.1moL/L氢氧化钾混合溶液，作为电解液，取50mL电解液进行电化学反应。待反应结束后，收集电解液在658nm波长下检测吸光度，合成氨的法拉第效率达到95%。
实施例
配置100mL浓度为0.05mol/L氯化铜溶液得到A溶液；在A溶液中；在A溶液中加入0.2g明胶65℃加热充分搅拌70min,得到氯化铜和明胶均匀混合溶液B，其中明胶的浓度为2g/L；然后在混合溶液B中加入10mL浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液，在55℃加热条件下充分搅拌40min至产生深蓝色沉淀，随后加入10mL浓度为0.6 mol/L的抗坏血酸溶液直至溶液逐渐由深蓝色变为浅黄色，得到C溶液；将上述C溶液继续在55℃条件下搅拌2h后，将溶液离心、洗涤、真空干燥后即得到氧化亚铜纳米球颗粒。
称取5mg氧化亚铜纳米球颗粒，配制成ink待备用，随后取10uL ink溶液涂覆在玻碳电极上制备工作电极。配置含有0.1moL硝酸钾和0.1moL/L氢氧化钾混合溶液，作为电解液，取50mL电解液进行电化学反应。待反应结束后，收集电解液在658nm波长下检测吸光度，合成氨的法拉第效率达到85%。
实施例
配置100mL浓度为0.01mol/L氯化铜溶液得到A溶液；在A溶液中；在A溶液中加入0.1g明胶65℃加热充分搅拌60min,得到氯化铜和明胶均匀混合溶液B，其中明胶的浓度为1g/L；然后在混合溶液B中加入10mL浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液，在55℃加热条件下充分搅拌40min至产生深蓝色沉淀，随后加入10mL浓度为0.6 mol/L的抗坏血酸溶液直至溶液逐渐由深蓝色变为浅黄色，得到C溶液；将上述C溶液继续在55℃条件下搅拌3h后，将溶液离心、洗涤、真空干燥后即得到氧化亚铜纳米球颗粒。
称取5mg氧化亚铜纳米球颗粒，配制成ink待备用，随后取10uL ink溶液涂覆在玻碳电极上制备工作电极。配置含有0.1moL硝酸钾和0.1moL/L氢氧化钾混合溶液，作为电解液，取50mL电解液进行电化学反应。待反应结束后，收集电解液在658nm波长下检测吸光度，合成氨的法拉第效率达到80%。
实施例
配置100mL浓度为0.1mol/L氯化铜溶液得到A溶液；在A溶液中；在A溶液中加入0.4g明胶70℃加热充分搅拌60min,得到氯化铜和明胶均匀混合溶液B，其中明胶的浓度为4g/L；然后在混合溶液B中加入10mL浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液，在55℃加热条件下充分搅拌40min至产生深蓝色沉淀，随后加入10mL浓度为0.6 mol/L的抗坏血酸溶液直至溶液逐渐由深蓝色变为浅黄色，得到C溶液；将上述C溶液继续在55℃条件下搅拌2h后，将溶液离心、洗涤、真空干燥后即得到氧化亚铜纳米球颗粒。
称取5mg氧化亚铜纳米球颗粒，配制成ink待备用，随后取10uL ink溶液涂覆在玻碳电极上制备工作电极。配置含有0.1moL硝酸钾和0.1moL/L氢氧化钾混合溶液，作为电解液，取50mL电解液进行电化学反应。待反应结束后，收集电解液在658nm波长下检测吸光度，合成氨的法拉第效率达到90%。
实施例
配置100mL浓度为0.01mol/L硫酸铜溶液得到A溶液；在A溶液中；在A溶液中加入0.3g明胶60℃加热充分搅拌60min,得到硫酸铜铜和明胶均匀混合溶液B，其中明胶的浓度为3g/L；然后在混合溶液B中加入10mL浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液，在55℃加热条件下充分搅拌40min至产生深蓝色沉淀，随后加入10mL浓度为0.6 mol/L的水合肼溶液，得到C溶液；将上述C溶液继续在55℃条件下搅拌3h后，将溶液离心、洗涤、真空干燥后即得到氧化亚铜纳米球颗粒。
称取5mg氧化亚铜纳米球颗粒，配制成ink待备用，随后取10uL ink溶液涂覆在玻碳电极上制备工作电极。配置含有0.1moL硝酸钾和0.1moL/L氢氧化钾混合溶液，作为电解液，取50mL电解液进行电化学反应。待反应结束后，收集电解液在658nm波长下检测吸光度，合成氨的法拉第效率达到89%。
实施例
配置105mL浓度为0.05mol/硝酸铜溶液得到A溶液；在A溶液中；在A溶液中加入0.32g明胶65℃加热充分搅拌45min,得到铜盐和明胶均匀的混合溶液B，其中明胶的浓度为3g/L；然后在混合溶液B中加入15mL浓度为4mol/L的氢氧化钾溶液，在55℃加热条件下充分搅拌30min至产生深蓝色沉淀，随后加入15mL浓度为0.8 mol/L的盐酸羟胺溶液得到C溶液；将上述C溶液继续在55℃条件下搅拌2h后，将溶液离心、洗涤、真空干燥后即得到氧化亚铜纳米球颗粒。
称取5mg氧化亚铜纳米球颗粒，配制成ink待备用，随后取10uL ink溶液涂覆在玻碳电极上制备工作电极。配置含有0.1moL硝酸钾和0.1moL/L氢氧化钾混合溶液，作为电解液，取50mL电解液进行电化学反应。待反应结束后，收集电解液在658nm波长下检测吸光度，合成氨的法拉第效率达到90%。
实施例
配置110mL浓度为0.1mol/L醋酸铜溶液得到A溶液；在A溶液中；在A溶液中加入0.44g明胶70℃加热充分搅拌60min,得到铜盐和明胶均匀的混合溶液B，其中明胶的浓度4g/L；然后在混合溶液B中加入20mL浓度为6mol/L的氢氧化钠溶液，在55℃加热条件下充分搅拌40min至产生深蓝色沉淀，随后加入20mL浓度为1.0mol/L的硼氢化钠溶液得到C溶液；将上述C溶液继续在55℃条件下搅拌3h后，将溶液离心、洗涤、真空干燥后即得到氧化亚铜纳米球颗粒。
称取5mg氧化亚铜纳米球颗粒，配制成ink待备用，随后取10uL ink溶液涂覆在玻碳电极上制备工作电极。配置含有0.1moL硝酸钾和0.1moL/L氢氧化钾混合溶液，作为电解液，取50mL电解液进行电化学反应。待反应结束后，收集电解液在658nm波长下检测吸光度，合成氨的法拉第效率达到85%。
另外，通过对实施例1和实施例3所制备的明胶调控氧化亚铜分别进行扫描电镜拍照（SEM)（其中图2上、下分别为实施例1和实施例3 ）、粒度分析（其中图5（a）、（b）分别为实施例1和实施例3）、X射线衍射（XRD）、光电子能谱分析（XPS）(实施例3）、电催化硝酸盐还原合成氨实际应用性能分析，如图所示：
从图2中可知，明胶添加量影响最终的氧化亚铜形貌，随着明胶添加量增多(其中实施例1中明胶添加量比实施例3较多），氧化亚铜形貌呈现出均匀分散的球形。
从图3（XPS)中可知，利用明胶调控合成的球形氧化亚铜纳米颗粒元素主要由Cu、O、C、N四种元素组成，其中N元素主要来源于明胶。
从图4（XRD）结果可知，其中实施例1和实施例3的XRD图谱与氧化亚铜XRD标准卡片图谱保持一致，证明了产物为氧化亚铜，并且没有其他杂峰。
第四，从图5粒径分析结果可知，明胶的添加量影响氧化亚铜纳米颗粒的尺寸，随着明胶添加量增大，球形氧化亚铜纳米颗粒的尺寸减小。其中图5中（a）图为实施例1的粒径分析，（b）图为实施例3的粒径分析；实施例1的明胶添加量浓度为3g/L，所制备出的氧化亚铜纳米颗粒的平均直径为241.2nm，而实施例3中明胶的添加量浓度为1g/L，所制备出的氧化亚铜纳米颗粒的平均直径为241.2nm。
第五，从图6可知，明胶调控合成的氧化亚铜在电催化硝酸盐还原合成氨中氨的法拉第效率显著增加。其中根据实施例1合成的球形氧化亚铜纳米颗粒在电催化硝酸盐还原合成氨中在最佳-0.8V（vs RHE)电位下，氨的法拉第效率达到95%；而根据根据实施例3合成的球形氧化亚铜纳米颗粒在电催化硝酸盐还原合成氨中在最佳-1V（vs RHE)点位下，氨的法拉第效率达到80%。
由上述有益效果和检测分析：使用本发明利用明胶调控调控氧化亚铜的合成方法制备的均匀氧化亚铜纳米球颗粒，相貌为均匀球体，粒径显著减小，提高了氧化亚铜在电催化中的催化活性。
最后说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (6)
1.一种粒径均匀的球形Cu2O纳米颗粒的可控合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，配置浓度为0.01～0.1mol/L的铜盐溶液，称为A溶液；
步骤2，称取0.1～0.4g明胶加入到A溶液中，加热至60～70℃，充分搅拌30～60min，得到铜盐和明胶均匀的混合溶液B，其中明胶的浓度为1～4g/L;
步骤3，在100～110mL的混合溶液B中缓慢加入体积为10～20mL，浓度为2-6mol/L的碱溶液，充分搅拌加热20～40min，待溶液产生沉淀后加入10～20mL浓度为0.6～1.0mol/L的还原剂，继续加热搅拌2～3h后，经离心、洗涤、干燥后即得成品多形貌氧化亚铜纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种粒径均匀的球形Cu2O纳米颗粒的可控合成方法，其特征在于，所述的步骤1中，铜盐为氯化铜、硫酸铜、硝酸铜、醋酸铜、溴化铜或碘化铜中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种粒径均匀的球形Cu2O纳米颗粒的可控合成方法，其特征在于，所述的步骤3中，碱液包括氢氧化钠、氢氧化钾其中任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种粒径均匀的球形Cu2O纳米颗粒的可控合成方法，其特征在于，所述的步骤3中，还原剂为抗坏血酸、水合肼、盐酸羟胺或硼氢化钠中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种粒径均匀的球形Cu2O纳米颗粒的可控合成方法，其特征在于，所述的步骤3中，离心转速为9000～11000rpm，离心时间为15～30min，真空干燥温度为55～60℃，干燥时间为6～8h。
6.根据权利要求1所述的Cu2O纳米颗粒在电催化中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410228904.3A CN118026244A (zh) | 2024-02-29 | 2024-02-29 | 一种粒径均匀的球形Cu2O纳米颗粒的可控合成方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410228904.3A CN118026244A (zh) | 2024-02-29 | 2024-02-29 | 一种粒径均匀的球形Cu2O纳米颗粒的可控合成方法及应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118026244A true CN118026244A (zh) | 2024-05-14 |
Family
ID=90998240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410228904.3A Pending CN118026244A (zh) | 2024-02-29 | 2024-02-29 | 一种粒径均匀的球形Cu2O纳米颗粒的可控合成方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118026244A (zh) |
-
2024
- 2024-02-29 CN CN202410228904.3A patent/CN118026244A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114130411A (zh) | 一种V-Ni2P/g-C3N4光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN109678193B (zh) | 一种纳米氧化铈颗粒的制备方法 | |
| CN110016691B (zh) | 一种WO3/Fe2O3/Mn3O4复合光阳极薄膜的制备方法 | |
| CN104071824B (zh) | 一种表面粗糙、形貌可控的氧化亚铜纳米晶体的制备方法 | |
| CN112875755B (zh) | 一种钨酸铋纳米粉体的制备方法 | |
| CN114392734B (zh) | 一种氧化钨复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN106807411B (zh) | 一种铁酸镧掺杂溴化银复合光催化剂的制备方法 | |
| CN108777293B (zh) | 一种纳米复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN111276689A (zh) | 一种纳米多孔三元前驱体制备方法 | |
| CN114471639A (zh) | 过渡金属元素掺杂及具有硫空位的硫化镉负载过渡金属磷化物光催化材料及其制备方法 | |
| CN109279642B (zh) | 一种稀土掺杂氧化锌的制备方法 | |
| CN112079410B (zh) | 一种Ag/Ag2Mo2O7/WS2异质结光催化材料在降解有机污染物中的应用 | |
| CN109926070B (zh) | 一种Mn0.5Cd0.5S/WO3/Au负载型光催化剂的制备方法 | |
| CN108940326B (zh) | 一种可见光响应锡酸锌/碳/溴化银纳米复合光催化剂的制备方法 | |
| CN106140159B (zh) | 一种快速制备棒状AgVO3纳米光催化剂的方法 | |
| CN118026244A (zh) | 一种粒径均匀的球形Cu2O纳米颗粒的可控合成方法及应用 | |
| CN115608367A (zh) | 具有核壳结构的Zn1-xCuxO/TiO2光催化复合材料的制备方法及应用 | |
| CN112678868B (zh) | 一种Bi12O17Cl2/Bi2O2CO3复合纳米材料的制备方法 | |
| CN1548376A (zh) | 一种近室温条件下一步固相化学反应制备氧化锌纳米球及纳米棒的方法 | |
| CN112121825B (zh) | 一种Ag/Ag2Mo2O7/WS2异质结光催化材料及其制备方法 | |
| CN112475310B (zh) | 窄粒度分布银粉的制备方法 | |
| CN113084189A (zh) | 一种银粉的制备方法 | |
| CN113952967A (zh) | 一种二维多孔Bi5O7I纳米片光催化剂及其制备方法 | |
| CN105013493A (zh) | 一种负载球形氧化锌纳米颗粒的多面体状纳米氧化铜的制备方法 | |
| CN113526531A (zh) | 从锂电三元材料洗液中回收高纯亚微米级碳酸锂的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |