[发明专利]一种CuO@CuFe2O4纳米管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用静电纺丝技术制备尖晶石结构的CuO@CuFe₂O₄纳米管及其制备方法，属于半导体复合材料制备技术领域。

背景技术

CuO纳米晶作为一种用途广泛的多功能无机材料，具有独特的电，磁以及催化性能，在超导，磁相转化，气体传感以及有机催化等领域有着广泛的应用前景。常见的CuO纳米晶的制备方法有络合沉淀法、室温固相法、超声法以及醇热法等。

纳米纤维最大的特点就是比表面积大,导致其表面能和活性的增大， 从而产生了小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，在化学、物理（热、光、电磁等）性质方面表现出特异性。CuFe₂O₄是一种稳定的半导体材料，具有良好的电磁特性，可作为锂电池阳极使用，也可与其他材料复合制成良好的催化剂。文献《尖晶石型CuFe₂O₄多孔级纳米纤维的制备及在水处理中的应用》提供了一种纳米纤维，但该纳米纤维是由单一的CuFe₂O₄组成，为多孔纳米结构，其晶体生长不完全，且制备方法不明确。现有技术中制备的CuFe₂O₄纳米结构均为单一的组分，目前尚未有两相复合的纳米管的报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明利用静电纺丝技术制备了一种CuO@CuFe₂O₄纳米管，将含有Cu²⁺与Fe³⁺的前驱体溶液制成前躯体纤维，经特定的煅烧制度得到表面分布有CuO纳米颗粒的CuFe₂O₄纳米管。

本发明还提供了一种CuO@CuFe₂O₄纳米管的制备方法。

本发明采用的具体技术方案如下：

本发明提供了一种CuO@CuFe₂O₄纳米管，所述CuO颗粒均匀地附着在CuFe₂O₄纳米管的表面，CuO颗粒的平均粒径为30-100nm；所述CuFe₂O₄纳米管直径为100-300nm，CuFe₂O₄纳米管由CuFe₂O₄纳米颗粒构成，CuFe₂O₄纳米颗粒直径为30-70nm，纳米管的壁厚为30-70nm。

本发明还提供了一种CuO@CuFe₂O₄纳米管的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取硝酸铜和硝酸铁固体粉末，置于烧杯中，加入二甲基甲酰胺搅拌得到透明溶液；

(2)将聚乙烯吡咯烷酮在磁力搅拌下缓慢加入步骤(1)所获得的透明溶液中，密封，在常温下搅拌8-10h，得纺丝原液；

(3)将上述纺丝原液进行静电纺丝，得前驱体纤维；

(4)将步骤(3)得到的前驱体纤维进行煅烧，得到 CuO@CuFe₂O₄纳米管。

进一步的，步骤(1)中，所述硝酸铜与硝酸铁的摩尔比为1.1-1.7：2。

上述硝酸铜和硝酸铁在DMF中的总浓度为0.25-0.35 M。

进一步的，步骤(2)中，PVP单体浓度与Cu盐和Fe盐的摩尔比为14-22：1.1-1.7：2。

进一步的，步骤（3）中，所述静电纺丝采用的喷丝针头内径为0.8mm，施加电压18KV，推进速率0.002m/s，固化距离15cm。

进一步的：步骤(4)中，所述煅烧为：先将样品放在烘箱中，以1℃/min的升温速率升温至150℃，保温1h；然后以1-15℃/min的升温速率升温至400-600℃，保温1h，之后随炉冷却。