一种桑葚形氧化铜纳米颗粒及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201710652031.9 | 申请日 | 2017-08-02 | 公开(公告)号 | CN107235505A | 公开(公告)日 | 2017-10-10 |
| 申请人 | 王兴利; | 发明人 | 王兴利; | ||||
| 摘要 | 一种桑葚形 氧 化 铜 纳米颗粒及其制备方法，属于纳米新材料制备技术领域。制备过程如下：将0.1‑25mm厚度的Cu金属基片于无 水 乙醇 中超声1‑12小时，后在50℃‑100℃的混合溶液（含各物质 质量 百分数如下： 盐酸 2‑12%， 磷酸 1‑15%， 硝酸 3‑25%， 氯化钠 2‑15%，其余为已煮沸过的去离子水）浸泡6‑12分钟，再放入已煮沸过的去离子水中超声0.5‑5小时，后用高纯氮气干燥0.3‑3小时；将上述金属基片在160–300℃混合气体（气体体积比为：空气60‑80%，氧气40‑20%）里加热5‑100小时，升温速率为0.3‑3℃/分钟；在空气中降温时，先以0.2‑1℃/分钟降温，降到100℃后再以0.5‑2℃/分钟降到室温，从而获得桑葚形氧化铜纳米颗粒，该颗粒的直径在28~1660 nm之间。该制备步骤简单，环境友好，成本低，有较大前景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种桑葚形氧化铜纳米颗粒，其特征在于：该桑葚形氧化铜纳米颗粒是在Cu金属基片上原位生长而成，桑葚形氧化铜纳米颗粒直径分布在28 1660 nm。 |
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| 说明书全文 | 一种桑葚形氧化铜纳米颗粒及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于纳米新材料制备技术领域，具体涉及一种铜金属基原位自生长的桑葚形氧化铜纳米颗粒及其制备方法。 背景技术[0002] CuO 是一种多功能的无机材料，可用作玻璃、搪瓷、陶瓷工业的着色剂，油漆的防皱剂，光学玻璃的磨光剂，以及用于人造丝制造工业及油脂的脱硫剂。其中纳米CuO材料在生物医药、光学材料、传感器、电极材料、超导材料和催化材料领域具有良好的应用前景。 [0003] 目前，氧化铜纳米材料的常规制备方法包括溶剂热法、热解法、水热法、微波法、湿化学法、磁控溅射法和固液反应法等。其中周倩等人使用铜纳米线为模板，过氧化钠为氧化剂采用水热法对铜纳米线进行侵蚀、氧化制得了海参状氢氧化铜纳米颗粒，对该氢氧化铜进行脱水反应得到海参状纳米氧化铜。杨慧等人使用氢氧化钠、硝酸铜和六次甲基四胺为原料，采用溶剂热的方法，分别在水、乙醇和乙二醇三种不同的溶剂中制得了菊花状、银莲花状和花椰菜状三种不同形貌的纳米氧化铜。以上CuO纳米材料的制备方法成本较高，制备步骤较繁琐。因此，为制备低成本的桑葚形氧化铜纳米颗粒，需要引入新颖、绿色、简便的技术方法。 发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种桑葚形氧化铜纳米颗粒及其制备方法。本发明所述的桑葚形氧化铜纳米颗粒是在Cu金属基片上原位生长而成，主要成分为CuO，该CuO纳米颗粒直径分布在28 1660 nm。~ [0005] 本发明的桑葚形氧化铜纳米颗粒，可以在160–300℃的混合气体中进行制备，通过调节前处理方式、加热的温度和时间、升温和降温的速率、混合气体的体积比例等获得不同直径的桑葚形氧化铜纳米颗粒。所制备的桑葚形氧化铜纳米颗粒直径分布在28 1660 nm~（见实施例1 8），并且分散均匀，单分散性好。 ~ [0006] 本发明所述的桑葚形氧化铜纳米颗粒具有如下特点：形状如桑葚，制备原料便宜，合成路线简便，所制备的纳米颗粒形状规则。 [0007] 所述的Cu金属基片，按质量百分数计，含Cu> 99.0%，0 [0008] 本发明所述的一种桑葚形氧化铜纳米颗粒的制备方法，其步骤如下：（1）将厚度为0.1 -25mm的Cu金属基片放入无水乙醇中超声1-12小时，后在50℃-100℃的混合溶液（含盐酸的质量分数为2-12%，含磷酸的质量分数为1-15%，含硝酸的质量分数为 3-25%，含氯化钠的质量分数为2-15%，溶液其余质量为已煮沸过的去离子水）浸泡6-12分钟，再放入已煮沸过的去离子水中超声0.5-5小时，接着在高纯氮气中干燥0.3-3小时； （2）将上述Cu金属基片在160–300℃的混合气体（气体体积比为：空气60-80%，氧气40- 20%）里加热5-100小时，升温速率为0.3-3℃/分钟； （3） 降温时，在空气中降温，先以0.2-1℃/分钟降温，降到100℃后再以0.5-2℃/分钟降到室温，从而获得桑葚形氧化铜纳米颗粒，该颗粒的直径在28 1660 nm之间。 ~ [0009] 桑葚形氧化铜纳米颗粒材料，可以通过调节前处理方式、加热的温度和时间、升温和降温的速率、混合气体的体积比例等获得不同直径的桑葚形氧化铜纳米颗粒。 [0010] 本发明的桑葚形氧化铜纳米颗粒有以下几个优点：原料铜基底前处理绿色环保，制备过程简单，原位一步合成，制备过程无污染，原料简单，成本低廉。该桑葚形氧化铜纳米颗粒将在生物医药、光学材料、电极材料、传感器、超导材料和催化材料领域具有较大的应用前景。 附图说明 [0011] 图1：桑葚形氧化铜纳米颗粒示意图。 [0012] 图2：桑葚形氧化铜纳米颗粒（对应于实施例1）的电子能谱图，由图上可看出，该桑葚形纳米颗粒的组成元素为Cu和O，即成分为CuO。其余实施例所制备的桑葚形纳米颗粒的成分与实施例1类似，也为CuO。 [0013] 图3：桑葚形氧化铜纳米颗粒（对应于实施例1）表面利用X射线光电子能谱分析仪所得的Cu2p谱图，所得结合能数据选用 C1s 的结合能（284.8 eV）作为参比。从图 3中可以看出, 在结合能为 933.5 eV 处的强峰, 可归属为 Cu 的 2p3/2 峰，且图中包含明显的Shakeup峰（Shakeup 峰结合能位于 940.5 eV 附近）， 表明所测的桑葚形氧化铜纳米颗粒中铜元素的化学状态为 Cu2 +， 即也证明了纳米颗粒的成分为CuO。其余实施例所制备的桑葚形纳米颗粒的XPS图与实施例1类似，即证明纳米颗粒的成分为CuO。 [0014] 图4：桑葚形氧化铜纳米颗粒（对应于实施例1）的X射线衍射图，从图中可以看出, 产物的所有衍射峰均可标定为单斜晶系的 CuO，与标准图谱JCPDS 45-0937 相吻合, 无任何杂质的衍射峰出现。其余实施例所制备的桑葚形纳米颗粒的X射线衍射图与实施例1类似，即证明纳米颗粒为单斜CuO结构。 [0015] 图5：在不同反应条件下所制备的桑葚形氧化铜纳米颗粒的电镜图。图a对应实施例1，所得的桑葚形氧化铜纳米颗粒直径主要分布在192 288nm；图b对应实施例2，所得的~桑葚形氧化铜纳米颗粒直径主要分布在192 403 nm；图c对应实施例3，所得的桑葚形氧化~ 铜纳米颗粒直径主要分布在269 461 nm； 图d对应实施例4，所得的桑葚形氧化铜纳米颗~ 粒直径主要分布在230 365 nm；图e对应实施例5，所得的桑葚形氧化铜纳米颗粒直径主要~ 分布在307 442 nm； 图f对应实施例6，所得的桑葚形氧化铜纳米颗粒直径主要分布在269 ~ 653 nm。 ~ 具体实施方式[0016] 实施例1：桑葚形氧化铜纳米颗粒的制备（1）将厚度为0.4 mm的Cu金属基片放入无水乙醇中超声4小时，后在80℃的混合溶液（含盐酸的质量分数为5%，含磷酸的质量分数为7%，含硝酸的质量分数为11%，含氯化钠的质量分数为5%，溶液其余质量为已煮沸过的去离子水）浸泡8分钟，基片再放入已煮沸过的去离子水中超声1.5小时，接着在高纯氮气中干燥1.5小时； （2）将上述Cu金属基片在240℃的混合气体（气体体积比为：空气80%，氧气20%）中加热 20小时，升温速率为1℃/分钟； （3） 降温时，在空气中降温，先以0.5℃/分钟降温，降到100℃后再以1℃/分钟降到室温，从而获得桑葚形氧化铜纳米颗粒。 [0017] 该颗粒的直径主要分布在192 288nm之间。~ [0018]实施例2：桑葚形氧化铜纳米颗粒的制备 （1）将厚度为0.4 mm的Cu金属基片放入无水乙醇中超声4小时，后在80℃的混合溶液（含盐酸的质量分数为5%，含磷酸的质量分数为7%，含硝酸的质量分数为11%，含氯化钠的质量分数为5%，溶液其余质量为已煮沸过的去离子水）浸泡8分钟，基片再放入已煮沸过的去离子水中超声1.5小时，接着在高纯氮气中干燥1.5小时； （2）将上述Cu金属基片在240℃的混合气体（气体体积比为：空气80%，氧气20%）中加热 25小时，升温速率为1℃/分钟； （3） 降温时，在空气中降温，先以0.5℃/分钟降温，降到100℃后再以1℃/分钟降到室温，从而获得桑葚形氧化铜纳米颗粒。 [0019] 该颗粒的直径主要分布在192 403 nm之间。~ [0020]实施例3：桑葚形氧化铜纳米颗粒的制备 （1）将厚度为0.4 mm的Cu金属基片放入无水乙醇中超声4小时，后在80℃的混合溶液（含盐酸的质量分数为5%，含磷酸的质量分数为7%，含硝酸的质量分数为11%，含氯化钠的质量分数为5%，溶液其余质量为已煮沸过的去离子水）浸泡8分钟，基片再放入已煮沸过的去离子水中超声1.5小时，接着在高纯氮气中干燥1.5小时； （2）将上述Cu金属基片在240℃的混合气体（气体体积比为：空气80%，氧气20%）中加热 30小时，升温速率为1℃/分钟； （3） 降温时，在空气中降温，先以0.5℃/分钟降温，降到100℃后再以1℃/分钟降到室温，从而获得桑葚形氧化铜纳米颗粒。 [0021] 该颗粒的直径主要分布在269 461 nm之间。~ [0022]实施例4：桑葚形氧化铜纳米颗粒的制备 （1）将厚度为0.4 mm的Cu金属基片放入无水乙醇中超声4小时，后在80℃的混合溶液（含盐酸的质量分数为5%，含磷酸的质量分数为7%，含硝酸的质量分数为11%，含氯化钠的质量分数为5%，溶液其余质量为已煮沸过的去离子水）浸泡8分钟，基片再放入已煮沸过的去离子水中超声1.5小时，接着在高纯氮气中干燥1.5小时； （2）将上述Cu金属基片在260℃的混合气体（气体体积比为：空气80%，氧气20%）中加热 20小时，升温速率为1℃/分钟； （3） 降温时，在空气中降温，先以0.5℃/分钟降温，降到100℃后再以1℃/分钟降到室温，从而获得桑葚形氧化铜纳米颗粒。 [0023] 该颗粒的直径主要分布在230 365 nm之间。~ [0024]实施例5：桑葚形氧化铜纳米颗粒的制备 （1）将厚度为0.4 mm的Cu金属基片放入无水乙醇中超声4小时，后在80℃的混合溶液（含盐酸的质量分数为5%，含磷酸的质量分数为7%，含硝酸的质量分数为11%，含氯化钠的质量分数为5%，溶液其余质量为已煮沸过的去离子水）浸泡8分钟，基片再放入已煮沸过的去离子水中超声1.5小时，接着在高纯氮气中干燥1.5小时； （2）将上述Cu金属基片在260℃的混合气体（气体体积比为：空气80%，氧气20%）中加热 25小时，升温速率为1℃/分钟； （3） 降温时，在空气中降温，先以0.5℃/分钟降温，降到100℃后再以1℃/分钟降到室温，从而获得桑葚形氧化铜纳米颗粒。 [0025] 该颗粒的直径主要分布在307 442 nm之间。~ [0026]实施例6：桑葚形氧化铜纳米颗粒的制备 （1）将厚度为0.4 mm的Cu金属基片放入无水乙醇中超声4小时，后在80℃的混合溶液（含盐酸的质量分数为5%，含磷酸的质量分数为7%，含硝酸的质量分数为11%，含氯化钠的质量分数为5%，溶液其余质量为已煮沸过的去离子水）浸泡8分钟，基片再放入已煮沸过的去离子水中超声1.5小时，接着在高纯氮气中干燥1.5小时； （2）将上述Cu金属基片在260℃的混合气体（气体体积比为：空气80%，氧气20%）中加热 30小时，升温速率为1℃/分钟； （3） 降温时，在空气中降温，先以0.5℃/分钟降温，降到100℃后再以1℃/分钟降到室温，从而获得桑葚形氧化铜纳米颗粒。 [0027] 该颗粒的直径主要分布在269 653 nm之间。~ [0028]实施例7：桑葚形氧化铜纳米颗粒的制备 （1）将厚度为0.1mm的Cu金属基片放入无水乙醇中超声1小时，后在50℃的混合溶液（含盐酸的质量分数为2%，含磷酸的质量分数为1%，含硝酸的质量分数为3%，含氯化钠的质量分数为2%，溶液其余质量为已煮沸过的去离子水）浸泡6分钟，再放入已煮沸过的去离子水中超声0.5小时，接着在高纯氮气中干燥0.3小时； （2）将上述Cu金属基片在160℃的混合气体（气体体积比为：空气60%，氧气40%）里加热5小时，升温速率为0.3℃/分钟； （3） 降温时，在空气中降温，先以0.2℃/分钟降温，降到100℃后再以0.5℃/分钟降到室温，从而获得桑葚形氧化铜纳米颗粒。 [0029] 该颗粒的直径在28 180 nm之间。~ [0030]实施例8：桑葚形氧化铜纳米颗粒的制备 （1）将厚度为25mm的Cu金属基片放入无水乙醇中超声12小时，后在100℃的混合溶液（含盐酸的质量分数为12%，含磷酸的质量分数为 15%，含硝酸的质量分数为25%，含氯化钠的质量分数为15%，溶液其余质量为已煮沸过的去离子水）浸泡12分钟，再放入已煮沸过的去离子水中超声5小时，接着在高纯氮气中干燥3小时； （2）将上述Cu金属基片在300℃的混合气体（气体体积比为：空气80%，氧气20%）里加热 100小时，升温速率为3℃/分钟； （3） 降温时，在空气中降温，先以1℃/分钟降温，降到100℃后再以2℃/分钟降到室温，从而获得桑葚形氧化铜纳米颗粒。 [0031] 该颗粒的直径在385 1660 nm之间。~ [0032] 以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。 |
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