[发明专利]一种利用植物酚酸制备氧化亚铜纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料与新材料领域，特别涉及一种利用植物酚酸制备氧化亚铜纳米线的方法。

背景技术

一维纳米结构材料由于具有特异的光、电、磁和力学性能，越来越引起各个领域的关注。在半导体材料与器件制造方面，一维纳米线与微纳米级器件的应用与开发逐渐成为一种发展趋势。因此，低维度半导体化合物纳米线的工业化制备日益重要。

氧化亚铜(Cu₂O)是一种本征的p型半导体材料，禁带宽度为2.1eV，此带隙决定了氧化亚铜十分适合用于太阳能的光电、光化学能转换等各类装置，例如太阳能电池材料，水裂解、光催化等。一维纳米线状氧化亚铜具有高表面能、大的长径比等特征，大表面积使其能够高密度吸收光子，比相同成分的块状材料有更高的吸收效率，所以有利于提高光伏电池的效率。除此之外，氧化亚铜纳米线在传感器、催化、水光解制氢、锂离子电池、灭毒灭菌等领域显现出越来越关键的作用。

目前，采用一步、直接合成制备氧化亚铜纳米线的方法集中于湿化学技术。已经报导的有使用多孔阴极氧化铝作为模板，在溶液中生长氧化亚铜纳米线的方法(Shin H S,2009Mater.Lett.63,397)。另外，有使用表面活性剂CTAB(十六烷基三甲基溴化胺)作为晶体生长形状导引剂，再以水合肼为还原剂直接合成出氧化亚铜纳米线(Cao M H,Chemical Comm,2003,1884-1885；YU Y,Du F P,Journal of solid state chemistry,2004,177,4640)；或者使用聚合物分子PEG(wang W Z,et al.2002,adv.mater,14,67)制造出氧化亚铜纳米线。上面一步直接制造的氧化亚铜纳米线全部属于多晶体结构。中国发明专利(申请号：201410018809.7和201410831465.3)公开了一种利用硫氰酸亚铜为前驱体，使用或不使用超声波在液相中化学反应制备氧化亚铜纳米线的方法。此方法同样直接获得氧化亚铜纳米线，但是化学反应产物的组成相中还存有少量未反应的铜盐。

商业应用要求氧化亚铜纳米线的制造可以快速、可控、可重复地大规模生产。目前，大批量制造高质量的氧化亚铜纳米线仍然存在诸多挑战，已有的制备氧化亚铜纳米线的技术普遍存在原料成本高、毒性大，合成制备工艺时间长、温度高，以及氧化亚铜纳米线组成相不纯等局限性。

植物酚酸是一类具有羧基和羟基的芳香族化合物，目前从植物中提取、分离、鉴定的酚酸类化合物已经已有上千种。原儿茶酸或称3，4-二羟基苯甲酸，结构式如下所示：

没食子酸或称3，4，5-三羟基苯甲酸，结构式如下所示：

鞣花酸或称二缩双(三羟基苯甲酸)，结构式如下所示：

它们是植物中广泛存在、易得的三种多酚类有机酸。

发明内容

本发明的目的是针对目前制备氧化亚铜纳米线技术的不足，提出一种利用植物酚酸制备氧化亚铜纳米线的方法。其方法为，利用不污染自然环境的天然植物酚酸作为还原剂，在碱性条件下从含Cu²⁺离子的无机盐溶液中一步、直接沉淀制备出氧化亚铜纳米线。该方法绿色环保，工艺过程简单，在碱性溶液中一步直接完成，原料没有毒性或低毒性，成本低，产物纯净，而且适合大规模生产。

一种利用植物酚酸制备氧化亚铜纳米线的方法，包括以下步骤：

1、在去离子水中溶解适量的植物酚酸，用强碱将溶液的pH值调节至7≤pH≤12，较好的pH值为9≤pH≤11；然后将溶液加热至50～95℃，较好的为60～90℃，并以100～200rpm的速度搅拌0.5～3小时，较好的为1-2小时，得到植物酚酸溶液；

其中，所述植物酚酸为原儿茶酸、没食子酸、鞣花酸中的一种或者几种的混合物；

所述强碱为浓度2～3mol/L的NaOH或KOH水溶液或其他类似强碱溶液；