[发明专利]一种表面粗糙、形貌可控的氧化亚铜纳米晶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面粗糙、形貌可控的氧化亚铜纳米晶体的制备方法，属于纳米晶体制备技术领域。

背景技术

氧化亚铜（Cu₂O）是一种非常重要的ｐ型半导体，具有2.17eV的直接禁带宽度。由于其独特的光学和磁学性质，且制备成本低廉、无毒性，氧化亚铜微纳米粉体的制备一直备受人们青睐。目前，氧化亚铜已广泛应用于锂电池电极材料、太阳能转换、传感器和磁存储设备，作为光催化剂降解有机污染物和在可见光下分解水成氧气和氢气等。此外, Cu₂O还是一种重要的化工原料，广泛应用在涂料、玻璃、陶瓷、农业以及有机工业催化剂等领域。由于粒子的形貌和尺寸大小与其宏观的物理化学性质密切相关，所以不同形貌、不同尺寸的氧化亚铜颗粒的应用领域不同。近年来，采用不同方法制备形貌和尺寸可控的Cu₂O微纳米晶已经成为各国研究人员关注的热点。各种形貌和尺寸的氧化亚铜微纳米颗粒被合成出来，它们独特的性质为氧化亚铜带来了广泛地应用前景。

2007年，Luo等用一个简单的湿化学法，以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为表面活性剂，NaBH₄作为还原剂，在DMF-H₂O溶液中还原Cu(CH₃COO)₂·H₂O成功合成出一种花形结构的纳米氧化亚铜。研究表明，氢氧化钠和CTAB的浓度，在所合成的纳米花的形成过程中发挥关键作用。通过调整NaOH和CTAB的浓度，温度和水的用量，可以相应地进行合成氧化亚铜纳米棒以及带刺的Cu₂O微米棒。

2013年，Liang等用一种常温常压下的湿化学法合成出具有高晶面指数的50面体氧化亚铜微晶。研究发现，随着NaOH的浓度从1增大到12M，Cu₂O微晶的形貌从立方体，去角的立方体，演变为被{211}晶面包围的50面体，最后成为八面体。50面的氧化亚铜多面体的颗粒大小与反应温度密切相关。此外，铜源的种类以及还原剂的浓度对氧化亚铜产物的形貌也有较大的影响。光催化测试表明，具有高晶面指数的50面体氧化亚铜微晶与低晶面指数的氧化亚铜微晶相比具有更高的光催化效率。

Chen和Xue以淀粉为还原剂，用一种温和的水热法完成了氧化亚铜的纳米结构从一维到三维的演变。研究表明，氧化亚铜产物的形貌、大小和组成主要取决于所形成的前驱体种类（Cu₂（OH）₃NO₃、Cu（OH）₂和Cu（OH）₄^2-）。合成出的氧化亚铜晶体的形貌有纳米线、纳米颗粒聚合成的纳米球体、八面体、去角的八面体以及立方八面体。

Li等研究了加料方式和温度对氧化亚铜产物的形貌和尺寸大小的影响。得到了短六足型、截角的八面体以及八面体的氧化亚铜微晶。

Yang等以氯化铜、酒石酸钠和氢氧化钠为原料，在150℃的水热条件下研究了氧化亚铜产物随水热时间变化的形貌演变。在水热处理8和10小时后，分别得到了氧化亚铜微米棒和六足微晶。当反应时间延长至12小时，氧化亚铜出现八面体的形态。将反应时间进一步延长至14小时后，形成了中空的截顶八面体形态的氧化亚铜。当反应时间进一步增加至16小时，出现了不同形貌的多面体氧化亚铜。将反应时间延长至最多18小时后，多面体的形态开始被破坏，表面变得凹凸不平。

Orel等采用多元醇的方法合成了氧化亚铜纳米线，仅使用乙酸铜一水合物和二甘醇（DEG）作为前驱体。通过控制反应温度、前驱体的浓度和反应时间，制备了直径约为20 nm，长度可达5μm的氧化亚铜纳米线。

He等以酵母细胞为模板，在常温常压下用葡萄糖还原硫酸铜的方法制备出直径约1.8μm的氧化亚铜中空微球。Cai等以DNA为模板合成出直径约4um的苹果状氧化亚铜微晶。Duan等以空心玻璃珠为核心合成出海胆状的氧化亚铜微晶。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种表面粗糙、形貌可控的氧化亚铜纳米晶体的制备方法。