[发明专利]一种铜纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新型功能纳米材料制备技术领域，特别涉及一种铜纳米线的制备方法。

背景技术

铜纳米线在电子材料、导电材料、催化、聚合物基自润滑材料等领域具有广泛的用途。文献表明，铜纳米线作为柔性透明导电电极材料可以替代昂贵的银、和稀有金属铟，在新一代的太阳能电池、显示器等领域具有巨大的应用潜力（Aaron R. Rathmell et al, Adv. Mater. 2010, 22, 3558–3563）。铜纳米线能够实际应用的前提是其规模化制备技术的成功开发。铜纳米线的制备通常采用模版方法，例如，Neumann, Rd等人采用阳极氧化氧化铝为模板制备了铜纳米线，不但涉及到使用昂贵的模版，而且除去模版的过程也很复杂，产率很低，无法达到规模化制备的要求(Adv. Mater. 2001, 13, 62?65)。Yunfeng Lu等人采用十八胺作为模版、铂纳米微粒为种子制备了铜纳米线，由于需要消耗昂贵且制备不易的铂纳米微粒，因此也不适用于工业化的制备（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 14283?14286）。Hua Chun Zeng等人在常压下采用乙二胺为形貌控制剂，硝酸铜为铜源，在高浓度氢氧化钠溶液中制备了铜纳米线（Langmuir 2005, 21, 3746-3748）。发明人和Hua Chun Zeng 等人合作进一步发展了这种制备方法，使之不但可以用于制备铜纳米线，还可以制备NiCu核壳型复合纳米线。但是由于所用到的高浓度碱液难以回收重复利用，使得制备成本很高（Chem Mate, 2010, 22 (4), 1282-1284）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种廉价的、适合规模化制备的铜纳米线的制备方法，制得的铜纳米线直径和长度可调，纯度高。

本发明采用的技术方案如下：

一种铜纳米线的制备方法：在水溶液中，铜源在形貌控制剂和化学势调控剂的存在下，加入还原剂，25-100℃的条件下反应至少1h，分离后即得到铜纳米线；其中，所述铜源为氢氧化铜、氧化铜中的一种或两种的组合，所述形貌控制剂为多乙烯多胺中的一种或两种以上的组合，所述化学势调控剂为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种的组合，所述还原剂为水合肼、羟胺中的一种或两种的组合。

所述多乙烯多胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺。

铜源与还原剂用量符合化学计量摩尔比，并且铜源浓度控制在0.01-0.5mol/L，形貌控制剂浓度控制在0.02-2mol/L，化学势调控剂浓度控制在2-15mol/L。以铜源为基础，还原剂的用量基本按计量比投料，化学势调控剂是用来调控反应速度和反应历程的，形貌控制剂同样对反应历程有影响，有特定的范围，否则制备不出纳米线，只能得到铜的粉体。

本发明以氢氧化铜或氧化铜为铜源，以水合肼或羟胺为还原剂在适当的条件下将氧化态的铜还原为金属铜，控制所制得的铜的形貌和粒径，即得铜纳米线。还原剂分别为水合肼、羟胺时，所涉及的化学反应方程式如下（I）和（II）：

本发明方法以氢氧化铜或氧化铜为铜源，以水合肼或羟胺为还原剂，在反应体系中不引入任何需要除去的阴离子，反应副产物仅为水和氮气，可轻易除去，所以反应母液可反复使用，极大地降低了制备成本。区别于现有的多采用硝酸铜、硫酸铜以及乙酸铜为铜源的模版合成法，提供了制备纳米铜的一种新思路。本发明所采用的形貌控制剂为多乙烯多胺，其沸点很高不容易挥发，区别于现有方法所采用的乙二胺（极易挥发）。

本制备方法具有工艺、设备简单、原料廉价易得、成本低，产率高等特点，适合大规模的工业生产。所制备出的铜纳米线直径均一，可以通过改变形貌控制剂的浓度、铜源的浓度和反应温度来调控铜纳米线的直径和长度，一般较低的浓度有利于形成较细的铜纳米线。

附图说明

图1为实施例1制得的铜纳米线的XRD图。

图2为实施例1制得的铜纳米线的透射电子显微镜图。

图3为实施例1制得的铜纳米线的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1