一種桑葚形氧化銅納米顆粒及其制備方法與流程

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本發明屬于納米新材料制備技術領域，具體涉及一種銅金屬基原位自生長的桑葚形氧化銅納米顆粒及其制備方法。

背景技術：

cuo是一種多功能的無機材料，可用作玻璃、搪瓷、陶瓷工業的著色劑，油漆的防皺劑，光學玻璃的磨光劑，以及用于人造絲制造工業及油脂的脫硫劑。其中納米cuo材料在生物醫藥、光學材料、傳感器、電極材料、超導材料和催化材料領域具有良好的應用前景。

目前，氧化銅納米材料的常規制備方法包括溶劑熱法、熱解法、水熱法、微波法、濕化學法、磁控濺射法和固液反應法等。其中周倩等人使用銅納米線為模板，過氧化鈉為氧化劑采用水熱法對銅納米線進行侵蝕、氧化制得了海參狀氫氧化銅納米顆粒，對該氫氧化銅進行脫水反應得到海參狀納米氧化銅。楊慧等人使用氫氧化鈉、硝酸銅和六次甲基四胺為原料，采用溶劑熱的方法，分別在水、乙醇和乙二醇三種不同的溶劑中制得了菊花狀、銀蓮花狀和花椰菜狀三種不同形貌的納米氧化銅。以上cuo納米材料的制備方法成本較高，制備步驟較繁瑣。因此，為制備低成本的桑葚形氧化銅納米顆粒，需要引入新穎、綠色、簡便的技術方法。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種桑葚形氧化銅納米顆粒及其制備方法。本發明所述的桑葚形氧化銅納米顆粒是在cu金屬基片上原位生長而成，主要成分為cuo，該cuo納米顆粒直徑分布在28~1660nm。

本發明的桑葚形氧化銅納米顆粒，可以在160–300℃的混合氣體中進行制備，通過調節前處理方式、加熱的溫度和時間、升溫和降溫的速率、混合氣體的體積比例等獲得不同直徑的桑葚形氧化銅納米顆粒。所制備的桑葚形氧化銅納米顆粒直徑分布在28~1660nm（見實施例1~8），并且分散均勻，單分散性好。

本發明所述的桑葚形氧化銅納米顆粒具有如下特點：形狀如桑葚，制備原料便宜，合成路線簡便，所制備的納米顆粒形狀規則。

所述的cu金屬基片，按質量百分數計，含cu>99.0%，0<sb<0.002%，0<as<0.002%，0<p<0.002%，0<fe<0.005%，基片厚度為0.1-25mm。

本發明所述的一種桑葚形氧化銅納米顆粒的制備方法，其步驟如下：

（1）將厚度為0.1-25mm的cu金屬基片放入無水乙醇中超聲1-12小時，后在50℃-100℃的混合溶液（含鹽酸的質量分數為2-12%，含磷酸的質量分數為1-15%，含硝酸的質量分數為3-25%，含氯化鈉的質量分數為2-15%，溶液其余質量為已煮沸過的去離子水）浸泡6-12分鐘，再放入已煮沸過的去離子水中超聲0.5-5小時，接著在高純氮氣中干燥0.3-3小時；

（2）將上述cu金屬基片在160–300℃的混合氣體（氣體體積比為：空氣60-80%，氧氣40-20%）里加熱5-100小時，升溫速率為0.3-3℃/分鐘；

（3）降溫時，在空氣中降溫，先以0.2-1℃/分鐘降溫，降到100℃后再以0.5-2℃/分鐘降到室溫，從而獲得桑葚形氧化銅納米顆粒，該顆粒的直徑在28~1660nm之間。

桑葚形氧化銅納米顆粒材料，可以通過調節前處理方式、加熱的溫度和時間、升溫和降溫的速率、混合氣體的體積比例等獲得不同直徑的桑葚形氧化銅納米顆粒。

本發明的桑葚形氧化銅納米顆粒有以下幾個優點：

原料銅基底前處理綠色環保，制備過程簡單，原位一步合成，制備過程無污染，原料簡單，成本低廉。該桑葚形氧化銅納米顆粒將在生物醫藥、光學材料、電極材料、傳感器、超導材料和催化材料領域具有較大的應用前景。

附圖說明

圖1：桑葚形氧化銅納米顆粒示意圖。

圖2：桑葚形氧化銅納米顆粒（對應于實施例1）的電子能譜圖，由圖上可看出，該桑葚形納米顆粒的組成元素為cu和o，即成分為cuo。其余實施例所制備的桑葚形納米顆粒的成分與實施例1類似，也為cuo。

圖3：桑葚形氧化銅納米顆粒（對應于實施例1）表面利用x射線光電子能譜分析儀所得的cu2p譜圖，所得結合能數據選用c1s的結合能（284.8ev）作為參比。從圖3中可以看出,在結合能為933.5ev處的強峰,可歸屬為cu的2p3/2峰，且圖中包含明顯的shakeup峰（shakeup峰結合能位于940.5ev附近），表明所測的桑葚形氧化銅納米顆粒中銅元素的化學狀態為cu²⁺，即也證明了納米顆粒的成分為cuo。其余實施例所制備的桑葚形納米顆粒的xps圖與實施例1類似，即證明納米顆粒的成分為cuo。

圖4：桑葚形氧化銅納米顆粒（對應于實施例1）的x射線衍射圖，從圖中可以看出,產物的所有衍射峰均可標定為單斜晶系的cuo，與標準圖譜jcpds45-0937相吻合,無任何雜質的衍射峰出現。其余實施例所制備的桑葚形納米顆粒的x射線衍射圖與實施例1類似，即證明納米顆粒為單斜cuo結構。

圖5：在不同反應條件下所制備的桑葚形氧化銅納米顆粒的電鏡圖。圖a對應實施例1，所得的桑葚形氧化銅納米顆粒直徑主要分布在192~288nm；圖b對應實施例2，所得的桑葚形氧化銅納米顆粒直徑主要分布在192~403nm；圖c對應實施例3，所得的桑葚形氧化銅納米顆粒直徑主要分布在269~461nm；圖d對應實施例4，所得的桑葚形氧化銅納米顆粒直徑主要分布在230~365nm；圖e對應實施例5，所得的桑葚形氧化銅納米顆粒直徑主要分布在307~442nm；圖f對應實施例6，所得的桑葚形氧化銅納米顆粒直徑主要分布在269~653nm。

具體實施方式

實施例1：桑葚形氧化銅納米顆粒的制備

（1）將厚度為0.4mm的cu金屬基片放入無水乙醇中超聲4小時，后在80℃的混合溶液（含鹽酸的質量分數為5%，含磷酸的質量分數為7%，含硝酸的質量分數為11%，含氯化鈉的質量分數為5%，溶液其余質量為已煮沸過的去離子水）浸泡8分鐘，基片再放入已煮沸過的去離子水中超聲1.5小時，接著在高純氮氣中干燥1.5小時；

（2）將上述cu金屬基片在240℃的混合氣體（氣體體積比為：空氣80%，氧氣20%）中加熱20小時，升溫速率為1℃/分鐘；