[发明专利]微纳米氧化铜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，特别涉及一种微纳米氧化铜及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的发展，能源与环境问题显得日益突出，并引起人们的广泛关注，现代环保技术由此也得到快速发展。性能优良的气敏和催化材料在空气质量检测、安全生产、污染物降解等领域有着重要的应用。

作为一种重要的过渡金属氧化物，氧化铜是一种典型的p型半导体材料，禁带宽度1.2eV。由于其具有较低的价格和毒性、较高的稳定性和丰富的元素分布，目前已被广泛用于气敏传感器、锂离子电池、抗菌杀毒、磁存储器件等领域。大量研究表明：材料的性能与其微观结构形貌密切相关。已有文献报道的氧化铜晶体形貌主要有球状、棒状、带状、线状、三维分级微米结构，包括海胆状、空心球等。特别是具有三维分级结构的微纳米氧化铜被认为是非常有前景的气敏材料。

而具有三维分级结构氧化铜气敏材料合成困难，且材料比表面积较低，作为气敏材料使用时灵敏度较低，因此，开发一种重复性好的方法，合成具有三维分级结构的微纳米氧化铜成为纳米材料领域的研究热点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种微纳米氧化铜及其制备方法，该微纳米氧化铜具有三维分级结构，较高比表面积，对气体敏感度高，且合成方法简单，重复性好。

本发明第一方面提供了一种微纳米氧化铜，所述微纳米氧化铜为氧化铜层状结构相互交错排列构成的微米颗粒，所述氧化铜层状结构由氧化铜颗粒疏松排列构成，且同一氧化铜层状结构内的氧化铜颗粒之间具有相互连通的孔隙。

本发明第二方面提供了一种微纳米氧化铜的制备方法，其步骤包括：

(1)将可溶性铜盐溶于有机溶剂中，密封并搅拌至可溶性铜盐完全溶解；

(2)将十二烷基三甲基溴化铵溶于步骤(1)所得溶液中，使十二烷基三甲基溴化铵与有机溶剂的质量体积比为0.002-0.04g/mL，密封并搅拌1-4小时；

(3)将步骤(2)所得溶液在120-200℃保温2-12小时，冷却；

(4)将反应产物过滤、离心分离、清洗后干燥；

(5)将步骤(4)干燥产物于400-600℃高温煅烧1-5h，得到微纳米氧化铜。

本发明提供的微纳米氧化铜及其制备方法的有益效果是：本发明提供的微纳米氧化铜制备方法，工艺简单，在该方法的特殊条件下制备得到的氧化铜形貌可控、规则，分散性好，具有三维分级结构、高比表面积以及更多活性位点，其含有大量的纳米结构单元，组成微纳米氧化铜的层状结构相互交错，使微纳米氧化铜具有丰富的介孔，同时组成层状结构的氧化铜颗粒疏松排列使层状结构上具备无数相互连通的通道，有利于电子传递，有效增强p型氧化铜的导电能力，提高气体敏感性能，气体通过多通道结构快速、有效地向敏感层进行扩散，可大幅度增加对测试气体的灵敏度和响应速度。

附图说明

图1为实施例1所制备的微纳米氧化铜的XRD图。

图2为实施例1所制备微纳米氧化铜的扫描电镜图，其中a是放大5000倍的扫描电镜图，b是放大10000倍的扫描电镜图。

图3为实施例2所制备的微纳米氧化铜的XRD图。

图4为实施例2所制备微纳米氧化铜的扫描电镜图，其中a是放大5000倍的扫描电镜图，b是放大20000倍的扫描电镜图。

图5为实施例2所制备的微纳米氧化铜的氮气等温吸附脱附曲线。

图6为实施例2所制备的微纳米氧化铜对5ppm甲醇的响应曲线。

具体实施方式

本发明第一方面提供了一种微纳米氧化铜，所述微纳米氧化铜为氧化铜层状结构相互交错排列构成的微米颗粒，所述氧化铜层状结构由氧化铜颗粒疏松排列构成，且同一氧化铜层状结构内的氧化铜颗粒之间具有相互连通的孔隙。该结构为具有较多活性位点和较好的孔隙连通性，有利于电子传递，有效增强p型氧化铜的导电能力，增加对气体的灵敏度和响应速度。

优选的，所述微米颗粒的粒径为10-20μm。

更加优选的，所述氧化铜颗粒粒径为20-50nm。较小的氧化铜颗粒组成的层状结构孔隙更多，孔隙连通性更佳。

进一步优选的，所述氧化铜晶型结构为黑铜矿结构。该晶型结构具有较高气体敏感度。

优选的，所述氧化铜层状结构的厚度为100-300nm，面积为10-25μm²。

优选的，所述微纳米氧化铜比表面积为90-100m²g^-1。