微納米氧化銅及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微納米氧化銅及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類社會(huì)的發(fā)展，能源與環(huán)境問題顯得日益突出，并引起人們的廣泛關(guān)注，現(xiàn)代環(huán)保技術(shù)由此也得到快速發(fā)展。性能優(yōu)良的氣敏和催化材料在空氣質(zhì)量檢測(cè)、安全生產(chǎn)、污染物降解等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。
[0003]作為一種重要的過渡金屬氧化物，氧化銅是一種典型的P型半導(dǎo)體材料，禁帶寬度1.2eVo由于其具有較低的價(jià)格和毒性、較高的穩(wěn)定性和豐富的元素分布，目前已被廣泛用于氣敏傳感器、鋰離子電池、抗菌殺毒、磁存儲(chǔ)器件等領(lǐng)域。大量研宄表明:材料的性能與其微觀結(jié)構(gòu)形貌密切相關(guān)。已有文獻(xiàn)報(bào)道的氧化銅晶體形貌主要有球狀、棒狀、帶狀、線狀、三維分級(jí)微米結(jié)構(gòu)，包括海膽狀、空心球等。特別是具有三維分級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米氧化銅被認(rèn)為是非常有前景的氣敏材料。
[0004]而具有三維分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化銅氣敏材料合成困難，且材料比表面積較低，作為氣敏材料使用時(shí)靈敏度較低，因此，開發(fā)一種重復(fù)性好的方法，合成具有三維分級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米氧化銅成為納米材料領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種微納米氧化銅及其制備方法，該微納米氧化銅具有三維分級(jí)結(jié)構(gòu)，較高比表面積，對(duì)氣體敏感度高，且合成方法簡(jiǎn)單，重復(fù)性好。
[0006]本發(fā)明第一方面提供了一種微納米氧化銅，所述微納米氧化銅為氧化銅層狀結(jié)構(gòu)相互交錯(cuò)排列構(gòu)成的微米顆粒，所述氧化銅層狀結(jié)構(gòu)由氧化銅顆粒疏松排列構(gòu)成，且同一氧化銅層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的氧化銅顆粒之間具有相互連通的孔隙。
[0007]本發(fā)明第二方面提供了一種微納米氧化銅的制備方法，其步驟包括:
[0008](I)將可溶性銅鹽溶于有機(jī)溶劑中，密封并攪拌至可溶性銅鹽完全溶解；
[0009](2)將十二烷基三甲基溴化銨溶于步驟(I)所得溶液中，使十二烷基三甲基溴化銨與有機(jī)溶劑的質(zhì)量體積比為0.002-0.04g/mL，密封并攪拌1_4小時(shí)；
[0010](3)將步驟⑵所得溶液在120-200°C保溫2_12小時(shí)，冷卻；
[0011](4)將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、離心分離、清洗后干燥；
[0012](5)將步驟(4)干燥產(chǎn)物于400-600°C高溫煅燒l_5h，得到微納米氧化銅。
[0013]本發(fā)明提供的微納米氧化銅及其制備方法的有益效果是:本發(fā)明提供的微納米氧化銅制備方法，工藝簡(jiǎn)單，在該方法的特殊條件下制備得到的氧化銅形貌可控、規(guī)則，分散性好，具有三維分級(jí)結(jié)構(gòu)、高比表面積以及更多活性位點(diǎn)，其含有大量的納米結(jié)構(gòu)單元，組成微納米氧化銅的層狀結(jié)構(gòu)相互交錯(cuò)，使微納米氧化銅具有豐富的介孔，同時(shí)組成層狀結(jié)構(gòu)的氧化銅顆粒疏松排列使層狀結(jié)構(gòu)上具備無數(shù)相互連通的通道，有利于電子傳遞，有效增強(qiáng)P型氧化銅的導(dǎo)電能力，提高氣體敏感性能，氣體通過多通道結(jié)構(gòu)快速、有效地向敏感層進(jìn)行擴(kuò)散，可大幅度增加對(duì)測(cè)試氣體的靈敏度和響應(yīng)速度。
【附圖說明】
[0014]附圖1為實(shí)施例1所制備的微納米氧化銅的XRD圖。
[0015]附圖2為實(shí)施例1所制備微納米氧化銅的掃描電鏡圖，其中a是放大5000倍的掃描電鏡圖，b是放大10000倍的掃描電鏡圖。
[0016]附圖3為實(shí)施例2所制備的微納米氧化銅的XRD圖。
[0017]附圖4為實(shí)施例2所制備微納米氧化銅的掃描電鏡圖，其中a是放大5000倍的掃描電鏡圖，b是放大20000倍的掃描電鏡圖。
[0018]附圖5為實(shí)施例2所制備的微納米氧化銅的氮?dú)獾葴匚矫摳角€。
[0019]附圖6為實(shí)施例2所制備的微納米氧化銅對(duì)5ppm甲醇的響應(yīng)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明第一方面提供了一種微納米氧化銅，所述微納米氧化銅為氧化銅層狀結(jié)構(gòu)相互交錯(cuò)排列構(gòu)成的微米顆粒，所述氧化銅層狀結(jié)構(gòu)由氧化銅顆粒疏松排列構(gòu)成，且同一氧化銅層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的氧化銅顆粒之間具有相互連通的孔隙。該結(jié)構(gòu)為具有較多活性位點(diǎn)和較好的孔隙連通性，有利于電子傳遞，有效增強(qiáng)P型氧化銅的導(dǎo)電能力，增加對(duì)氣體的靈敏度和響應(yīng)速度。
[0021]優(yōu)選的，所述微米顆粒的粒徑為10-20 μ mo
[0022]更加優(yōu)選的，所述氧化銅顆粒粒徑為20_50nm。較小的氧化銅顆粒組成的層狀結(jié)構(gòu)孔隙更多，孔隙連通性更佳。
[0023]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述氧化銅晶型結(jié)構(gòu)為黑銅礦結(jié)構(gòu)。該晶型結(jié)構(gòu)具有較高氣體敏感度。
[0024]優(yōu)選的，所述氧化銅層狀結(jié)構(gòu)的厚度為100-300nm，面積為10-25 μ m2。
[0025]優(yōu)選的，所述微納米氧化銅比表面積為90-100!!!?'
[0026]本發(fā)明第二方面提供了一種微納米氧化銅的制備方法，其步驟包括:
[0027](I)將可溶性銅鹽溶于有機(jī)溶劑中，密封并攪拌至可溶性銅鹽完全溶解；
[0028](2)將十二烷基三甲基溴化銨溶于步驟(I)所得溶液中，使十二烷基三甲基溴化銨與有機(jī)溶劑的質(zhì)量體積比為0.002-0.04g/mL，密封并攪拌1_4小時(shí)；
[0029](3)將步驟⑵所得溶液在120_200°C保溫2_12小時(shí)，冷卻；
[0030](4)將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、離心分離、清洗后干燥；
[0031](5)將步驟(4)干燥產(chǎn)物于400-600°C高溫煅燒l_5h，得到微納米氧化銅。
[0032]優(yōu)選的，所述可溶性銅鹽為硝酸銅，有機(jī)溶劑為無水乙醇。
[0033]更加優(yōu)選的，步驟(I)所述硝酸銅溶于無水乙醇中為使硝酸銅與無水乙醇的質(zhì)量體積比為 0.05-0.4g/mL。
[0034]更加優(yōu)選的，步驟(3)所述清洗為采用無水乙醇清洗3-5次，所述干燥為60_80°C下干燥4-12小時(shí)。
[0035]下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種微納米氧化銅及其制備方法予以進(jìn)一步說明。
[0036]實(shí)施例1:
[0037]制備微納米氧化銅，具體步驟如下:
[0038]I)將20克硝酸銅溶于50-100毫升無水乙醇中，密封并連續(xù)攪拌3小時(shí)至硝酸銅完全溶解；
[0039]2)將0.5克十二烷基三甲基溴化銨溶于步驟(I)溶液中，密封并連續(xù)攪拌2小時(shí)；
[0040]3)將步驟⑵所得溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中，在180°C保溫2小時(shí)，自然冷卻至室溫;
[0041]4)將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、離心分離、無水乙醇清洗3次，在70°C