[发明专利]一种水相铜纳米晶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种水相铜纳米晶及其制备方法与应用，该方法以晶种前驱体、配体1、硼氢化钠、配体2、铜盐和还原剂为原料，在常温条件下采用湿化学法在水相中快速合成铜纳米晶。首先以晶种前驱体、配体1和硼氢化钠为原料在水相制备得到晶种胶体溶液；再以铜盐、配体2和还原剂为原料，将铜盐中的铜离子快速还原沉积在晶种胶体溶液中的晶种表面制备得到铜纳米晶；该方法能大大降低晶体成核所需的活化能。本发明方法能在常温水相快速合成铜纳米晶，反应条件温和，生产成本低，所需设备简单，环境友好，同时调节晶种胶体溶液和铜盐的量能实现对铜纳米晶尺寸的精确调控，铜纳米晶呈单分散，表面铜原子呈0价且不易被氧气氧化，可在水中长期保存。

技术领域

本发明属于金属纳米材料制备技术领域，涉及一种水相铜纳米晶的制备方法，具体涉及一种水相铜纳米晶及其制备方法与应用。

背景技术

铜纳米晶与块体铜相比，其尺寸在纳米尺度，具有比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点。铜纳米晶常被用于微电子器件的生产、柔性线路板、多层陶瓷电容器的终端；用于金属和非金属表面导电涂层处理；用做石油润滑剂及医药行业以及近年用于研究二氧化碳电催化还原制备烃类燃料。

铜纳米晶具有超高的活性，因此在空气中极易被氧化生成氧化亚铜或氧化铜。近年来，科研工作者积极探索不同铜纳米晶的合成策略，大部分是在油相、高温和惰性条件下合成且部分工艺复杂，其中，油相体系常用油胺和十六胺等配体，胺类配体不仅会与表面铜原子配位形成氧化态铜还存在不易清洗和试剂昂贵导致难以大规模制备等缺陷；采用高温及惰性环境工艺，存在生产成本高昂进而阻碍工业生产等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种水相铜纳米晶及其制备方法与应用，能有效地避免现有合成方法中试剂昂贵、反应条件苛刻、反应设备复杂、步骤繁琐等一系列问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种水相铜纳米晶的制备方法，该方法以晶种前驱体、配体1、硼氢化钠、配体2、铜盐和还原剂为原料，在常温条件下采用湿化学法在水相中快速合成铜纳米晶。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，所述晶种前驱体为醋酸铜、硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、氯金酸、硝酸银、氯铂酸、氯铂酸盐和氯钯酸盐中的一种或多种；所述配体1为聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、十六烷基溴化铵、十六烷基氯化铵、柠檬酸盐或柠檬酸；所述配体2为聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、十二烷基苯磺酸钠或直链烷基苯磺酸钠；所述铜盐为氯化铜、醋酸铜、硝酸铜或硫酸铜；所述还原剂为抗坏血酸或水合肼。

具体的，所述常温条件为10～30℃。

具体的，该方法首先以晶种前驱体、配体1和硼氢化钠为原料在水相制备得到晶种胶体溶液；再以铜盐、配体2和还原剂为原料，在所述晶种胶体溶液中的晶种表面制备得到铜纳米晶。

具体的，所述硼氢化钠、晶种前驱体和配体1的摩尔比为6:(0.025～10):(0.025～250)；所述配体2、铜盐和还原剂的摩尔比为(0.25～2.5):(1.5～150):100。

具体的，该方法具体包括以下步骤：

步骤一：室温下制备晶种胶体溶液：

步骤1.1按照配方量，分别将硼氢化钠溶于水得到溶液A、晶种前驱体溶于水配置成溶液B、配体1分散在水中得到溶液C；

步骤1.2将溶液B和溶液C在搅拌下混合得到溶液D；

步骤1.3将溶液A加入溶液D得到晶种胶体溶液；

步骤二：室温下制备铜纳米晶：

步骤2.1按照配方量，分别将配体2分散在水中得到1号溶液、铜盐溶解在水中得到2号溶液、还原剂溶解在水中得到3号溶液；并将上述溶液超声搅拌混合分散好；