類球形和書簽狀納米氧化亞銅顆粒的制備方法
【專利摘要】一種類球形和書簽狀納米氧化亞銅顆粒的制備方法，屬于氧化亞銅顆粒的制備方法。該方法采用醋酸銅做原料、N-N二甲基甲酰胺做溶劑、聚乙烯吡咯烷酮做分散劑，硼氫化鈉做還原劑，在不同溫度下制備形貌不同的氧化亞銅納米顆粒，經(jīng)離心分離、真空干燥，快速制成氧化亞銅。該制備方法具有成本低、制備工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、純度高、顆粒度為納米級(jí)，類球形納米顆粒平均粒徑約為25nm，書簽狀納米顆粒平均粒徑約為55nm，表面化學(xué)活性高，展示出優(yōu)異的光催化性能和氣敏特性，在有機(jī)染料的催化降解和氣敏傳感器等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。
【專利說(shuō)明】類球形和書簽狀納米氧化亞銅顆粒的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化亞銅顆粒的制備方法，特別是一種類球形和書簽狀納米氧化亞銅顆粒的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]氧化亞銅是典型的P型半導(dǎo)體，可以應(yīng)用于太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換、磁存儲(chǔ)、催化、氣敏等領(lǐng)域。尺寸達(dá)到納米級(jí)之后，因其較大的比表面積和優(yōu)良的表面物理化學(xué)性質(zhì)使其在太陽(yáng)能電池、氣體催化、氣敏傳感器等方面有許多很有潛力的應(yīng)用。Cu20作為光催化劑最明顯的優(yōu)勢(shì)是可直接利用可見(jiàn)光將水分解成氫氣和氧氣，在光催化降解有機(jī)污染物方面有很好的應(yīng)用前景，有望成為繼Ti02之后的新一代半導(dǎo)體光催化劑。而基于Cu20納米顆粒制備的氣體傳感器對(duì)有毒、易燃?xì)怏w具有很高的靈敏性和很好的選擇性，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于檢測(cè)乙醇、H2S、N0^氣體。
[0003]中國(guó)專利公開(kāi)了《一種合成氧化亞銅納米球的方法及氧化亞銅納米球的應(yīng)用》專利號(hào)200510086782，該專利工藝制備的氧化亞銅微納米球最小粒徑約為200nm，因?yàn)槠涔に嚰皡?shù)的局限性，造成尺寸、形貌特征、表面性質(zhì)與結(jié)構(gòu)即Cu20納米顆粒的最小粒徑為200nm的確定性。
[0004]眾所周知，納米材料的尺寸及形貌是影響納米材料性能的關(guān)鍵因素。因?yàn)榧{米顆粒尺寸的降低，比表面積和表面化學(xué)活性增加，進(jìn)而引起催化和氣敏等表面性能的顯著提高。而不同的反應(yīng)產(chǎn)物及反應(yīng)條件能夠?qū)е庐a(chǎn)物的尺寸大小、形貌特征、表面性質(zhì)與結(jié)構(gòu)各不相同，進(jìn)而導(dǎo)致所制備樣品的物理化學(xué)性質(zhì)存在差異。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是要提供一種工藝簡(jiǎn)單的類球形和書簽狀納米氧化亞銅顆粒的制備方法，解決了氧化亞銅難以制備幾十個(gè)納米尺度的小顆粒產(chǎn)物的問(wèn)題，增加了表面積，增大了其吸附和光催化降解能力。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:制備該納米氧化亞銅顆粒的原料及其組合準(zhǔn)備用量為:醋酸銅:0.4g±0.001g，N-N 二甲基甲酰胺(DMF):60ml±0.5mL，聚乙烯吡咯烷酮(PVP):0.165g±0.0Olg，硼氫化鈉:0.04g±0.0Olg ；
[0007]制備方法的具體步驟為:
[0008](1)將0.4g醋酸銅溶入60ml N-N 二甲基甲酰胺；
[0009](2)將0.165gPVP (分子量50000)加入上述溶液中，強(qiáng)烈攪拌；
[0010](3)隨后將0.04g硼氫化鈉加入上述溶液，分別在80°C水浴中反應(yīng)25分鐘，在120°C油浴中反應(yīng)22分鐘，均有橙黃色或者黃色顆粒出現(xiàn)，表示有Cu20生成；
[0011](4)將含有Cu20的固液兩相經(jīng)過(guò)高速離心，得到Cu20固體顆粒，然后用無(wú)水酒精和去離子水交叉洗滌Cu20顆粒數(shù)次，除去反應(yīng)過(guò)程中的其他雜質(zhì)；
[0012](5)將含水或酒精的濕Cu20置于真空干燥箱中，在60°C下真空干燥4小時(shí)，即可得到高純度Cu20書簽狀或者類球形納米顆粒；
[0013](6)檢測(cè)、分析、表征對(duì)制備的氧化亞銅產(chǎn)物的色澤、形貌、成分、化學(xué)物理性能進(jìn)行檢測(cè)、分析、表征；用X射線衍射儀進(jìn)行氧化亞銅類球形和書簽狀納米顆粒物相分析；用掃描電子顯微鏡進(jìn)行氧化亞銅類球形和書簽狀納米顆粒的表面形貌分析；用透射電子顯微鏡進(jìn)行氧化亞銅類球形和書簽狀納米顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析；結(jié)論:類球狀氧化亞銅納米顆粒為橙黃色粉體顆粒，平均粒徑約為25nm，書簽狀氧化亞銅納米顆粒為黃色粉體顆粒，平均粒徑約為55nm。
[0014]有益效果，由于采用了上述方案，在制備方法中增加了反應(yīng)溶劑N-N 二甲基甲酰胺溶劑的量，并使用了不同分子量的分散劑PVP，在本發(fā)明的反應(yīng)條件下制備出了幾十納米尺寸的顆粒，形貌也發(fā)生了變化，產(chǎn)生了意想不到的技術(shù)效果。類球形納米Cu20顆粒平均粒徑約為25nm，書簽狀納米Cu20顆粒平均粒徑約為55nm，粒徑要比當(dāng)前專利文件及文獻(xiàn)中報(bào)道的Cu20納米顆粒的最小粒徑200nm要小得多。產(chǎn)物表面形貌也發(fā)生了明顯的變化，大大提高了氧化亞銅的光催化性能和氣敏特性。粒徑的減小和形貌的變化使得Cu20比表面積和表面化學(xué)活性大大提高，尤其是書簽狀的氧化亞銅納米顆粒，表面粗糙，布滿凹坑，類似蜂窩狀，展示出良好的氣敏性和光催化性能。從同樣濃度的響應(yīng)程度來(lái)看，本發(fā)明專利制備的Cu20書簽狀納米顆粒具有最靈敏的響應(yīng)和回復(fù)效應(yīng)。當(dāng)Cu20書簽狀納米氣敏元件與lOppm乙醇接觸時(shí)，因?yàn)楸∧る娮璧难杆俳档投闺妷河写蠹s1.4V的變化，響應(yīng)時(shí)間低于20秒；當(dāng)乙醇揮發(fā)后，會(huì)在5秒左右迅速回復(fù)到原值。
[0015]利用Cu20顆粒對(duì)丙酮?dú)怏w的氣敏響應(yīng)來(lái)檢測(cè)所得產(chǎn)物的氣敏選擇性，發(fā)現(xiàn)其對(duì)丙酮?dú)怏w的響應(yīng)相比于對(duì)乙醇?xì)怏w更加靈敏，具有更短的響應(yīng)時(shí)間和回復(fù)時(shí)間。而且，從所得產(chǎn)物對(duì)甲基橙的光催化降解實(shí)驗(yàn)中得出，反應(yīng)不到15分鐘，書簽狀納米Cu20對(duì)甲基橙溶液的光催化降解率能夠達(dá)到80%以上。這些結(jié)果表明在有機(jī)染料的催化降解和氣敏傳感器等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。
[0016]優(yōu)點(diǎn)在于:
[0017]1、此制備方法反應(yīng)溫度低、反應(yīng)時(shí)間短、制備工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好；
[0018]2、產(chǎn)品純度高、顆粒度為幾十個(gè)納米，表面化學(xué)活性高，具有良好的光催化性能和氣敏特性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
:
[0019]圖1為本發(fā)明制備的Cu20納米顆粒的X射線衍射圖。
[0020]圖2a為本發(fā)明制備的書簽狀Cu20納米顆粒的SEM圖。
[0021]圖2b為本發(fā)明制備的書簽狀Cu20納米顆粒的TEM圖。
[0022]圖3a為本發(fā)明制備的類球形Cu20納米顆粒的SEM圖。
[0023]圖3b為本發(fā)明制備的類球形Cu20納米顆粒的TEM圖。
[0024]圖4為本發(fā)明制備的Cu20納米顆粒的氣敏元件對(duì)不同濃度的乙醇?xì)怏w的響應(yīng)曲線圖。
[0025]圖5為本發(fā)明制備的Cu20納米顆粒的氣敏元件對(duì)不同濃度的丙酮?dú)怏w的響應(yīng)曲線圖。
[0026]圖6為本發(fā)明制備的Cu20納米顆粒的光催化性能曲線。
[0027]圖7A為現(xiàn)有技術(shù)制備Cu20納米球的SEM圖。
[0028]圖7B為現(xiàn)有技術(shù)制備的Cu20納米球的TEM圖。
[0029]圖8為現(xiàn)有技術(shù)制備的Cu20納米球的氣敏元件對(duì)不同濃度的乙醇?xì)怏w的響應(yīng)曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
:
[0030]實(shí)施例1:制備該納米氧化亞銅顆粒的原料及其組合準(zhǔn)備用量為:醋酸銅:0.4g±0.0Olg, N-N 二甲基甲酰胺(DMF):60ml ±0.5mL，聚乙烯吡咯烷酮(PVP):
0.165g±0.0Olg，硼氫化鈉:0.04g±0.0Olg ；
[0031]制備方法的具體步驟為:
[0032](1)將0.4g醋酸銅溶入60ml N_N 二甲基甲酰胺；
[0033](2)將0.165gPVP (分子量50000)加入上述溶液中，強(qiáng)烈攪拌；
[0034](3)隨后將0.04g硼氫化鈉加入上述溶液，分別在80°C水浴中反應(yīng)25分鐘，在120°C油浴中反應(yīng)22分鐘，均有橙黃色或者黃色顆粒出現(xiàn)，表示有Cu20生成；
[0035](4)將含有Cu20的固液兩相經(jīng)過(guò)高速離心，得到Cu20固體顆粒，然后用無(wú)水酒精和去離子水交叉洗滌Cu20顆粒數(shù)次，除去反應(yīng)過(guò)程中的其他雜質(zhì)；
[0036](5)將含水或酒精的濕Cu20置于真空干燥箱中，在60°C下真空干燥4小時(shí)，即可得到高純度Cu20書簽狀納米顆粒。
[0037](6)檢測(cè)、分析、表征對(duì)制備的氧化亞銅產(chǎn)物的色澤、形貌、成分、化學(xué)物理性能進(jìn)行檢測(cè)、分析、表征；用X射線衍射儀進(jìn)行氧化亞銅類球形和書簽狀納米顆粒物相分析；用掃描電子顯微鏡進(jìn)行氧化亞銅類球形和書簽狀納米顆粒的表面形貌分析；用透射電子顯微鏡進(jìn)行氧化亞銅類球形和書簽狀納米顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析；結(jié)論:類球形氧化亞銅納米顆粒為橙黃色粉體顆粒，平均粒徑約為25nm，書簽狀氧化亞銅納米顆粒為黃色粉體顆粒，平均粒徑約為55nm。
[0038]圖4中，制備的Cu20納米顆粒的氣敏元件對(duì)不同濃度的乙醇?xì)怏w在240攝氏度左右的響應(yīng)曲線，可以看出Cu20納米顆粒對(duì)乙醇?xì)怏w有很優(yōu)越的響應(yīng)性，且響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短。
[0039]圖5中，制備的Cu20納米顆粒的氣敏元件對(duì)不同濃度的丙酮?dú)怏w在240攝氏度左右的響應(yīng)曲線，可以看出Cu20納米顆粒對(duì)丙酮?dú)怏w有很優(yōu)越的響應(yīng)性，且響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短。
[0040]實(shí)施例2:
[0041](1)將0.4g醋酸銅溶入60ml N_N 二甲基甲酰胺；
[0042](2)將0.165gPVP (分子量50000)加入上述溶液中，強(qiáng)烈攪拌；
[0043](3)隨后將0.04g硼氫化鈉加入上述溶液，分別在80°C水浴中反應(yīng)25分鐘，在120°C油浴中反應(yīng)22分鐘，均有橙黃色或者黃色顆粒出現(xiàn)，表示有Cu20生成；
[0044](4)將含有Cu20的固液兩相經(jīng)過(guò)高速離心，得到Cu20固體顆粒，然后用無(wú)水酒精和去離子水交叉洗滌Cu20顆粒數(shù)次，除去反應(yīng)過(guò)程中的其他雜質(zhì)；
[0045](5)將濕Cu20置于真空干燥箱中，60°C下真空干燥4小時(shí)，即可得到高純度&120類球形納米顆粒。
[0046] 其他與實(shí)施例1同。
【權(quán)利要求】
1.一種類球形和書簽狀納米氧化亞銅顆粒的制備方法，其特征在于制備該納米氧化亞銅顆粒的原料及其組合準(zhǔn)備用量為:醋酸銅:0.4 g±0.0Olg, N-N 二甲基甲酰胺(DMF):60ml ±0.5 mL，聚乙烯吡咯烷酮(PVP):0.165 g±0.0Olg，硼氫化鈉:0.04 g±0.0Olg ; 制備方法的具體步驟為: (1)將0.4g醋酸銅溶入60 ml N-N 二甲基甲酰胺； (2)將0.165gPVP(分子量50000)加入上述溶液中，強(qiáng)烈攪拌； (3)隨后將0.04g硼氫化鈉加入上述溶液，分別在80°C水浴中反應(yīng)25分鐘，在120 °C油浴中反應(yīng)22分鐘，均有橙黃色或者黃色顆粒出現(xiàn)，表示有Cu2O生成； (4)將含有Cu2O的固液兩相經(jīng)過(guò)高速離心，得到Cu2O固體顆粒，然后用無(wú)水酒精和去離子水交叉洗滌Cu2O顆粒數(shù)次，除去反應(yīng)過(guò)程中的其他雜質(zhì)； (5)將含水或酒精的濕Cu2O置于真空干燥箱中，在60°C下真空干燥4小時(shí)，即可得到高純度Cu2O書簽狀或類球狀納米顆粒； (6)檢測(cè)、分析、表征對(duì)制備的氧化亞銅產(chǎn)物的色澤、形貌、成分、化學(xué)物理性能進(jìn)行檢測(cè)、分析、表征；用X射線衍射儀進(jìn)行氧化亞銅類球形和書簽狀納米顆粒物相分析；用掃描電子顯微鏡進(jìn)行氧化亞銅類球形和書簽狀納米顆粒的表面形貌分析；用透射電子顯微鏡進(jìn)行氧化亞銅類球形和書簽狀納米顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析；結(jié)論:類球狀氧化亞銅納米顆粒為橙黃色粉體顆粒，平均粒徑約為25 nm，書簽狀氧化亞銅納米顆粒為黃色粉體顆粒，平均粒徑約為55 nm。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK104477969SQ201410805975
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月22日
【發(fā)明者】吳玲, 張倫, 王潔如, 陳善亮 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)