[发明专利]一种氢氧化铜纳米管及氧化铜纳米管的制备方法

说明书

本发明提供了一种氢氧化铜纳米管、氧化铜纳米管的制备方法。通过水热法制备了氢氧化镁纳米管，并以此为反应模板，将可溶性铜盐与其进行离子交换反应制备了氢氧化铜纳米管前驱体，经碱液处理得到氢氧化铜纳米管，继续热处理得到氧化铜纳米管。本发明低成本、高效制备了氢氧化铜纳米管和氧化铜纳米管。

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，具体涉及一种氢氧化铜纳米管及氧化铜纳米管的制备方法。

背景技术

纳米材料因其尺寸与结构的特异性而具有独特的理化性质，如表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。这种材料结构尺寸与性质之间的紧密联系使得精确合成特定结构的纳米材料变得重要。在众多形貌各异的纳米材料中，纳米管特有的中空管状结构使其具有与众不同的光学以及电磁性质。目前合成纳米管的方法主要有模板法、电化学法、水热法等，然而这些方法大多需要模板材料、有机溶剂以及电能的辅助，工艺复杂且成本较高，不适用于规模化工业生产。

铜基纳米材料应用广泛，其中氢氧化铜纳米材料在农药杀菌、医用治疗以及传感器等领域有着广泛应用。同时，氢氧化铜还可用作制备铜氧化物的前驱体，经热处理便可得到氧化铜、氧化亚铜等材料，有着更广泛的用途。因此，合成精确纳米结构的氢氧化铜意义非凡，例如纳米棒、纳米线、纳米片、纳米管等。然而，目前关于氢氧化铜纳米管的报导并不多见。Zhang等人首次报导了氢氧化铜纳米管的合成(Zhang W,Wen X,Yang S,etal.Advanced materials,2003,15(10):822-825)，在环境条件下通过使用过硫酸铵碱溶液对铜箔表面氧化得到了涡卷式的氢氧化铜纳米管阵列。Wu等人利用电化学沉积法在铜箔上生长了氢氧化铜纳米管(Wu X,Bai H,Zhang J,et al.The Journal of PhysicalChemistry B,2005,109(48):22836-22842)，通过改变沉积条件，还可调变氢氧化铜的形貌。中国专利CN110592615A报导了一种氢氧化铜、氧化铜纳米管的制备方法，通过往硝酸铜水溶液中滴加氢氧化钠得到氢氧化铜纳米管，将氢氧化铜纳米管于管式炉中200～300℃空气或氩气氛下煅烧得到含氧空位的氧化铜纳米管。可以看出目前合成氢氧化铜纳米管的方法大多基于铜箔生长或者需要电化学的辅助，不适用于大规模生产。为此发展一种成本低、效率高的氢氧化铜、氧化铜纳米管的制备方法具有现实意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种低成本高效的氢氧化铜纳米管、氧化铜纳米管的制备方法，并提供上述方法所制备的氢氧化铜纳米管、氧化铜纳米管。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种氢氧化铜纳米管的制备方法，所述氢氧化铜纳米管以氢氧化镁纳米管为反应模板，通过铜离子与氢氧化镁纳米管交换获得氢氧化铜纳米管。

进一步的，具体采用以下步骤：

(1)在可溶性铜盐的水溶液中加入氢氧化镁纳米管粉末；持续搅拌1～60h，搅拌完沉淀经离心分离，并水洗及乙醇洗各三次，沉淀干燥得到纳米管前驱体；

(2)将纳米管前驱体投入碱液中，并持续搅拌，搅拌时长为1～10h，搅拌完沉淀经离心分离，并水洗及乙醇洗各三次，沉淀干燥得到氢氧化铜纳米管。

进一步的，氢氧化镁采用以下步骤制备而成：

a.往聚四氟乙烯水热釜内投入碱源和镁源，并将聚四氟乙烯水热釜密封于不锈钢高压釜内；

b.将不锈钢高压釜固定在均相反应器中，高温下反应一定时长，反应温度为100～300℃，反应时长为12～60h，反应转速为5～200rpm；

c.待自然冷却至室温后，将(2)的产物经离心分离，并水洗、乙醇洗各三次，干燥一定时间得到氢氧化镁纳米管，干燥温度为40～100℃，干燥时间为2～48h。

进一步的，碱源为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中的一种或两种以上的混合物，浓度为0.1～10.0mol/L。