[发明专利]原位合成铜纳米线阵列材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供原位合成铜纳米线阵列材料及其制备方法和应用，将氧化铜纳米线阵列置于分离的两室反应电解池中，在空气氛围下，以氧化铜纳米线阵列为工作电极，汞/氧化汞为参比电极，铂片为对电极，电解溶液为0.5M K₂CO₃的乙腈和氘代水的混合溶液，其中，乙腈的体积占混合溶液总体积的30‑70％，氘代水的体积占混合溶液总体积的30‑70％，在扫描速度为8‑12mV/s，扫描电压为‑0.4～‑1.4V的范围内进行循环伏安测试，直至氧化铜的还原峰消失，即得到原位合成铜纳米线阵列材料。本发明通过原位转化的方法合成了铜纳米线阵列(Cu NWAs)材料，以铜纳米线阵列(Cu NWAs)材料为电化学反应的阴极，利用一种简便的电化学还原方法以氘代水为氘源实现了C‑X/C‑D的高效转化。

技术领域

本发明涉及电化学催化剂材料技术领域，更具体地说涉及一种原位合成铜纳米线阵 列材料及其制备方法和应用。

背景技术

自从第一种氘化药物获得批准以来，人们对氘代药物合成的研究兴趣迅速提高。然 而，数量和位置可控的精确氘化仍然是一个巨大的挑战。由于动力学同位素效应，氘标记在合成化学、材料科学和制药行业中起着至关重要的作用。C-H/C-D交换是掺入氘而 无需预先官能化的直接策略，然而C-H/C-D交换通常需要贵金属催化剂和强酸/强碱来 活化C-H键，但是该方法无法精确控制氘代位置和数目，且氘代率不高。相比之下，由 于C-X(X为卤素)键更容易活化，因此卤化物的氘代脱卤氢化为多样化的氘代化合物 提供了另一种选择。但是C-X/C-D交换反应通常需要使用具有复杂配体的贵金属催化剂， 特殊的氘供体且催化剂不稳定，牺牲剂发生副反应等因素阻碍了C-X/C-D交换反应的实 际应用。因此，开发一种通用且温和的方法来实现高效氘化仍是一个非常大的挑战。

电化学方法由于其反应条件温和，操作方便，易于控制等优点成为合成有机物的一 种重要方法。通过使用电化学的方法可以有效提高催化剂的稳定性和性能，也是提高C-X /C-D交换效率的一种策略。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，现有的有机物氘代反应存在无法精确控制氘代位 置和数目、氘代率不高、催化剂不稳定且催化剂适用氘供体特殊的问题，提供了一种原位合成铜纳米线阵列材料及其制备方法和应用，本发明通过原位转化的方法合成了铜纳米线阵列(Cu NWAs)材料，以铜纳米线阵列(Cu NWAs)材料为电化学反应的阴极， 利用一种简便的电化学还原方法以氘代水为氘源实现了C-X/C-D的高效转化，并通过该 方法实现了氘代药物的制备。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

原位合成铜纳米线阵列材料及其制备方法，将氧化铜纳米线阵列置于分离的两室反 应电解池中，在空气氛围下，以氧化铜纳米线阵列为工作电极，汞/氧化汞为参比电极，铂片为对电极，电解质溶液为0.5M K₂CO₃的乙腈和氘代水的混合溶液，其中，乙腈的 体积占混合溶液总体积的30-70％，氘代水的体积占混合溶液总体积的30-70％，在扫描 速度为8-12mV/s，扫描电压为-0.4～-1.4V的范围内进行循环伏安测试，直至氧化铜 的还原峰消失，即得到原位合成铜纳米线阵列材料，所得到的原位合成铜纳米线阵列材 料长度为4-6微米，宽度为150-200纳米。

其中，氘代水的纯度是99.9％。

所述氧化铜纳米线阵列的制备，按照下述步骤进行：

步骤1，将清洗干燥后的铜片分别作为阳极和阴极置于单室反应池中，以3M NaOH溶液为电解质进行电沉积反应，在8-12mA/cm²的电流密度下反应5-8min，即得到氢氧化 铜纳米线阵列前驱体；

步骤2，将步骤1制备得到的氢氧化铜纳米线阵列前驱体置于反应容器内，以1-5℃/min的升温速率升温至100-250℃下煅烧2-4h后，即得到氧化铜纳米线阵列。