[发明专利]纳米级氧化亚铜粒子及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于氧化亚铜的合成技术领域，具体涉及一种纳米级氧化亚铜粒子及其合成方法。

背景技术

自从第二次工业革命后，工业发展迅速，尤其是化工工业，前景非常可观。在带来巨大的经济效益的同时，环境污染也逐渐成为21世纪最为头疼的问题之一。顺应时代而生的光催化技术无疑给人们带来了希望。自1998年Ikeda第一次宣布将Cu₂O作为光催化剂能够把水分解生成氢气和氧气后，Cu₂O作为光催化剂的性能被重视并成为了国际上研究的热点。

氧化亚铜，氧化物，其中的铜元素为一价，通常为红棕色固体，几乎不溶于水和醇等有机溶剂，在酸性条件下容易被氧化为二价铜，在浓氨溶液中易形成无色配合物。氧化亚铜是一种重要的p型半导体材料，它的能级差约为2.2eV，相比较于TiO₂的3.2eV，要低很多，完全可以在太阳光的辐射下产生电子-空穴对，引发光催化反应。且直径在纳米粒子级的氧化亚铜的催化效果更好，由于它拥有量子尺寸效应，使其价带和导带能级变成分立能级，能隙将变宽，价带电位会变得更正，而导带价位会变得更负。换句话讲就是纳米半导体粒子具有更强的氧化能力和还原能力，因此很多专家认为纳米氧化亚铜会取代二氧化钛成为新一代的光解催化剂。

氧化亚铜除了在光解催化剂方面应用广泛，在防污、杀菌剂、电催化剂等方面也有应用前景。

目前已知的关于纳米级氧化亚铜的制备，主要有固相合成法、水热法、沉积法等，普遍存在所用试剂不够环保、无法对氧化亚铜尺寸和形貌进行调控、因无法获得更小尺度的纳米级氧化亚铜以至于无法更好地发挥其化学性能等技术缺陷。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种纳米级氧化亚铜粒子的合成方法，该合成方法通过引入生物分子，实现对合成时氧化亚铜粒子的尺寸和形貌进行有效调控，并获得尺度更小的纳米级氧化亚铜粒子。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种纳米级氧化亚铜粒子的合成方法，由Cu²⁺溶液所形成的反应体系经还原反应制成，该反应体系处于碱性条件下，且反应体系中含有将Cu²⁺还原成Cu⁺并用作成核模板以形成纳米级氧化亚铜粒子的生物分子，所述生物分子为由蔬菜或水果所形成的汁液。

作为纳米级氧化亚铜粒子的合成方法的进一步优选，所述汁液为柚子汁和/或白萝卜汁。

作为纳米级氧化亚铜粒子的合成方法的进一步改进，将汁液、碱液与Cu²⁺溶液混合搅拌均匀，Cu²⁺与碱液中的OH-之间的摩尔比为1:2～4，于30～60℃反应0.1～1h；冷却、交替进行离心分离和洗涤处理，干燥制得纳米级氧化亚铜粒子。

作为纳米级氧化亚铜粒子的合成方法的进一步改进，所述Cu²⁺溶液为硫酸铜溶液，所述碱液为氢氧化钠溶液。

作为纳米级氧化亚铜粒子的合成方法的进一步改进，所述汁液的制备方法为：将柚子和/或白萝卜洗净去皮，将50～200g去皮的果肉放入研钵中，交替进行研磨和过滤至少一次，得到汁液。

柚子汁、白萝卜汁中都含有蛋白质、氨基酸、维生素、多糖素和胡萝卜素等生物分子。这些分子中含有带负电荷的O、N等原子，它们可以吸引Cu²⁺，提供成核位点，并对氧化亚铜晶体的生长过程起到调控作用，且汁液中具有还原性的维生素C、氨基酸等在碱性条件下可以把二价铜离子还原成一价铜离子，形成氧化亚铜。

为了探讨氧化亚铜粒子在蔬菜水果汁液中形成的机理，现对两种蔬菜水果汁液进行了红外光谱表征，以初步分析它们中所含的有机物成分。将依上述方法制备的两种汁液滴在少量KBr固体上，晾干后压片，进行红外光谱测试，红外光谱图请参阅图1a～1b。通过分析图1a～1b以及文献资料，可以看出具有还原性的主要是维生素C，维生素C将二价铜离子在碱性条件下还原成一价。同时，汁液中含有一些还原性的氨基酸和蛋白质，对氧化亚铜的形成有一定的影响。另外，汁液中存在大量的生物分子，充当了软模板的作用，使还原产物氧化亚铜形成了纳米尺寸的球形或类球形颗粒。

本发明的另一目的在于提供两种依上述方法制备的纳米级氧化亚铜粒子，该纳米级氧化亚铜粒子由于尺度较小，故可在光解催化剂、防污、杀菌剂、电催化剂等领域发挥更好的作用。