[发明专利]一种Cu/Cu2O核壳复合微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及铜和铜的低价态氧化物的复合物及其制备方法，具体地说是一种以多孔Cu为核、立方体Cu₂O为壳构成的Cu/Cu₂O核壳复合微球及其制备方法。

背景技术

核-壳复合微球是指以一个尺寸在微米至纳米范围的球形颗粒为核，在其表面包覆数层均匀的薄膜而形成的一种复合多相结构，这种核与壳之间通过物理或化学作用相互连接。广义的核壳(Core/shell)材料不仅包括由相同或不同的物质组成的具有核壳结构的复合材料，还包括中空微球(Hollow sphere)、微胶囊(Microcapsule)等特殊形貌的复合材料。核壳复合材料一般分为无机-有机、无机-无机、有机-有机和有机-无机等几种类型。

设计和构筑具有核壳结构的复合材料逐渐成为材料科学中的一个日益重要的研究领域。核-壳型复合微球集诸多特异性质于一体，具有许多新奇的物理化学性质，例如：单分散性、核壳的可操作性、稳定性、可调控性、自组装和涉及光、电、磁学、催化、化学和生物反应的能力，因此，这类材料用于构筑新颖功能化材料受到研究者的广泛青睐。

氧化亚铜作为少有的能被可见光激发的半导体材料，无毒、制备成本低，可直接利用太阳光降解有机物，理论利用效率较高，同时不会产生二次污染物，是一种极具开发前景的绿色环保催化剂。纳米级的氧化亚铜光催化处理效果虽好，但由于其粒径小，极难回收再利用。Cu/Cu₂O核壳复合微球将粒径较小的氧化亚铜附着在粒径较大的铜球载体表面，从而很好地解决了氧化亚铜粉体不易回收的难题；同时，核壳结构材料的壳层可以调整粒子的表面特性，改变其表面的电荷密度、表面活性、官能团、反应性、生物相容性、稳定与分散性；其特殊的梯度结构，也可将外壳粒子特有的超疏水性能、催化活性、电学性能、生物医药性能、光学性能等赋予内核微粒。

目前以Cu为核、Cu₂O为壳的Cu/Cu₂O核壳复合物的制备方法有水热法、微乳液法、沉积法等。Wang等，在微乳液体系中用聚乙二醇作稳定剂，将饱和铜盐溶液分散于异丙醇中，加入粉体KBH₄做还原剂，制得了以Cu为核、Cu₂O为壳的Cu/Cu₂O核壳复合物粒子(Wang C Y，Zhou Y，Chen Z Y，et al.Preparation of Shell-Core Cu₂O-Cu Nanocomposite Particles and Cu Nanoparticles in a New Microemulsion System[J].Journal of Colloid and Interface Science，1999，220：468-470)。Ghodselahi等，用铜片和不锈钢做电极，在C：H薄膜上通过RF-喷射和RF-PECVD共沉积法制备复合材料，制得了不同铜含量和不同铜纳米粒子粒径的、以铜为核、氧化物分布于表面的CuCu₂O核壳纳米粒子(Ghodselahi T，Vesaghi M A，Shafiekhani A，et al，XPS study ofthe CuCu₂O core-shell nanoparticles[J].Applied Surface Science，2008，255：2730-2734)。Wang等，通过热处理由电沉积方法制得了以Cu为核、Cu₂O为壳的Cu/Cu₂O核壳结构的纳米树枝状晶体以及中空的Cu₂O纳米树枝状晶体(Wang R C，Li C H.Cu，Cu-Cu₂O core-shell，and hollow Cu₂O nanodendrites：Structural evolution and reverse surface-enhanced Raman scattering[J].Acta Materialia，2011，59：822-829)。Yu等，在超薄的CuSO₄液层上，进行电沉积实验，制得的Cu₂O微晶分散于样品表面，形成亚显微或纳米尺度的Cu₂O/Cu联接点(Yu G W，Hu X B，Liu D，et al.Electrodeposition of submicron/nanoscale Cu₂O/Cu junctions in an ultrathin CuSO₄ solution layer[J].Journal of Electroanalytical Chemistry，2010，638：225-230)。Wu等，向融化的Cu中加入K₂TiF₆和KBF₄，制得以Cu为基质、原位纳米尺寸的Cu-Cu₂O复合物(Wu YY，Liu X F，Zhang J Q，et al.In situ formation of nano-scale Cu-Cu₂O composites[J].Materials Science and Engineering A，2010，527：1544-1547)。