[发明专利]一种低热固相化学反应制备多种形貌的金属铜纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过低热固相化学反应制备金属铜纳米材料的方法在此。

背景技术

在元素周期表中，铜与金和银处于同一族，具有相同的电子结构和面心立方的晶体结构，因此拥有相似的性能。然而，与贵金属金、银相比，由于其价格便宜是银的1/100倍、是金的1/6000，储量非常丰富且呈现出较好地导电性、导热性和延展性逐渐引起了人们的广泛关注。被广泛应用于催化、薄膜太阳能电池、平板显示器以及导电材料等领域。尤其，在催化领域，纳米尺度的金属铜被广泛应用于有机合成中的催化加氢反应，例如：利用Cu催化剂催化对硝基苯酚的加氢生成对氨基苯酚，在医药中间体的合成方面有重要的应用前景越来越受到人们的重视。

目前，金属铜纳米材料的合成方法主要有溶剂热法、溶胶凝胶法、微乳液法、气相沉积法、电化学沉积、水热法等方法。一些文献都有相关的报道：Advanced Materials.(2010).3558-3563报道了水热法合成Cu纳米线薄膜具有较好导电性能和的光学性能；ACS Catalysis.3(2013).358-362报道了利用水合肼在来还原硝酸铜来制备Cu纳米材料作为高性能的催化材料等。

由于纳米尺度的金属铜单质在合成过程中很容易被氧化，因此，为了避免氧化，上述反应过程一般都在非溶液相中以及惰性气氛下进行或者利用可溶性聚合物或者表面活性剂为保护剂在溶液中进行反应。但是，以上合成方法的错做过程较为复杂，成本高，对环境有一定的伤害。因此，选择一种低成本、易操作以及绿色环保的制备方法，制备出高性能的金属铜催化材料具有十分重要的意义。室温固相化学合成法不使用溶剂，具有高选择性、高产率、工艺过程简单、低能耗等优点，已经成为合成纳米材料的一种重要方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低热固相化学反应制备多种形貌的金属铜纳米材料的方法，该方法通过使用廉价易得的铜盐为原料、利用简单的操作过程，在室温或者低热条件下经固相化学反应合成金属铜纳米材料，并通过添加形貌控制剂来调节产物的形貌。

本发明所用的铜盐为固体的醋酸铜或氯化铜，所用的还原剂为固体的抗坏血酸，所用的形貌控制剂为氟化钠、柠檬酸钠以及十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种，在室温或者低热的条件下通过固相研磨合成金属铜纳米材料。

本发明所述的一种室温固相化学反应制备金属铜的方法，是将固体的铜盐（醋酸铜，氯化铜）与固体的还原剂抗坏血酸在室温或者低热条件下混合研磨发生固相反应，经洗涤、干燥来制备金属铜纳米材料，并通过添加氟化钠、柠檬酸钠以及十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种来调节产物的形貌。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：以固相化学反应为基础，采用廉价易得的原料，通过在室温条件下简单的研磨，可制得金属铜纳米材料。制备方法简单，产品产率高，环境友好，易于实现大批量生产等特点都使本发明具有极为广阔的应用前景。

附图说明图1为实例一所制备样品的粉末衍射图；

图2为实例一所制备样品的扫描电镜图；

图3为实例二所制备样品的粉末衍射图；

图 4为实例二所制备样品的扫描电镜图；

图5为实例三所制备样品的粉末衍射图；

图6为实例三所制备样品的扫描电镜图。

具体实施方式下面结合具体的实施例对本发明作进一步阐述。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，基于本发明的原理对本发明所做出的各种改动或修改同样落入本发明权利要求书所限定的范围。

实施例一 ：

准确称量3 mmol 醋酸铜倒入研钵中，将醋酸铜反应物研磨成蓝色粉末，再称取9 mmol的氟化钠倒入研钵中与蓝色粉末混合研磨，然后，称取12 mmol 的抗坏血酸加入到上述反应物中，混合研磨，使两种反应物充分接触反应，随着研磨的进行，混合物的颜色逐渐由蓝色变为淡蓝色的粉末，继续研磨60 min确保反应的充分进行。将反应后混合物倒入盛有蒸馏水的烧杯中，水溶液的颜色逐渐变红最后至深红色，并得到红色的金属铜沉淀。

实施例二 ：

准确称量3 mmol 醋酸铜倒入研钵中，将醋酸铜反应物研磨成蓝色粉末，再称取6 mmol的柠檬酸钠倒入研钵中与蓝色粉末混合研磨。然后，称取12 mmol 的抗坏血酸加入到上述反应物中，混合研磨，使两种反应物充分接触反应。随着研磨的进行，混合物的颜色逐渐由蓝色变为淡蓝色的粉末，继续研磨60 min确保反应的充分进行。将反应后混合物倒入盛有蒸馏水的烧杯中，逐渐得到红色溶液和红色沉淀。