[发明专利]一种氧化铜微纳米复合结构材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，特别是涉及一种氧化铜微纳米复合结构材料及制备方法。

背景技术

氧化铜CuO作为窄禁带半导体，由于在催化剂、气体传感器、太阳能转化材料等领域具有良好的应用前景而备受人们关注。

因为材料的形貌对其性质有很大影响，所以多种不同形貌的CuO被设计合成，如纳米线，纳米棒，纳米颗粒等。尽管CuO纳米粒子通常具有较高的催化活性，但其在异相催化反应过程中极易发生团聚，从而大大降低其活性，而且因为其粒径太小，很难用传统方法回收，也大大限制了其实际应用。而设计合成微纳米复合结构CuO可有效克服以上缺点。具有次级结构的CuO微球通常具有高分散性、较好的光子捕获性能，而且因为其粒径较大，可利用传统的重力沉降方法来回收，因而是极具应用前景的异相光催化剂。

在设计一个切实可行的合成路线时，除了考虑对产物形貌的有效控制外，还要考虑用简单设备、快速并且容易操作的合成方法。合成CuO的常用方法包括高温分解/脱水、电沉积、气-固相反应和超声化学合成法等，这些方法因为需要高温、反应时间长、所需反应设备昂贵或合成过程复杂等缺点而不适于大规模应用。水热合成法具有设备简单、反应条件温和、容易规模化生产，而且产物粒径均匀、结晶度好等优点，是大规模制备氧化铜微纳米材料的好方法，而使用价格便宜的反应原料制备CuO是其大规模应用的前提条件。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种氧化铜微纳米复合结构材料及制备方法，其使用价格便宜的氯化铜、氨水、氢氧化钠和十二烷基苯磺酸钠为反应原料和模板剂，利用一锅水热合成法在较低温度下制备了具有纳米片状次级结构的氧化铜微球；此方法具有反应条件温和、操作简单、制备成本低、产品结构可控性强、重现性好和易实现大规模生产的优点，有利于大规模推广应用，具有重大的生产实践意义。

本发明的技术方案：

一种氧化铜微纳米复合结构材料，由具有纳米片状次级结构的CuO微球、扇/棒状CuO和CuO纳米片中的一种或者两种以上任意比例组成，所述CuO微球的直径为7-10微米，每个CuO微球均由纳米片自组装而成，构成CuO微球的纳米片为不规则形状，其大小为300-600纳米，厚度为30-40纳米；所述扇/棒状CuO由棒状CuO自组装而成，CuO棒的长度为6-12微米，直径为400-600纳米；所述CuO纳米片的厚度为30-40纳米，大小为400-900纳米。

一种所述氧化铜微纳米复合结构材料的制备方法，以氯化铜、氨水和氢氧化钠为原料，以十二烷基苯磺酸钠为模板剂，在低温条件下采用水热法制备，包括以下步骤：

1)将氯化铜(CuCl₂·2H₂O)于搅拌下溶于去离子水中，然后在磁力搅拌下分别将质量百分浓度为25％的氨水、固体氢氧化钠和十二烷基苯磺酸钠依次加入上述溶液中，然后继续搅拌15分钟，生成蓝色四氨合铜[Cu(NH₃)₄]²⁺配阳离子和四羟基合铜[Cu(OH)₄]^2-配阴离子混合液；

2)将上述混合液移入装有聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，密封后将反应釜置于100-180℃恒温干燥箱内加热1-12小时，得到黑色产物；

3)将反应釜自然冷却至室温，然后将生成的黑色产物离心分离，将所得固体分别用去离子水和无水乙醇洗涤以去除沉淀物中残留的可溶性离子和表面活性剂SDBS，然后在60℃的温度下干燥5小时，得到的氧化铜固体粉末即为氧化铜微纳米复合结构材料。

所述氯化铜、去离子水、氨水、氢氧化钠和十二烷基苯磺酸钠的摩尔比为1∶80-160∶0-120∶0-14∶0-0.7。

所述氨水、固体氢氧化钠和十二烷基苯磺酸钠三种物质的用量不得同时为零且最多只有一种物质的用量为零或均不为零，当氨水用量为零时，制备得到均一形貌CuO纳米片；当氢氧化钠用量为零时，制备得到扇/棒状CuO；当十二烷基苯磺酸钠用量为零时，制备得到CuO纳米片和少量CuO微球混合物；当所述三种物质用量均不为零时，通过调节其加入量可控制球形产物形貌的均一性。

所述去离子水和无水乙醇的洗涤次数为三次，去离子水或无水乙醇与固体洗涤物的体积比为2∶1。

所述氧化铜微纳米复合结构材料，可用作光催化剂、气体传感材料或太阳能转化材料。

本发明的优点和积极效果：