專利名稱：一種制備納米銅的方法
技術領域：
本發明涉及納米材料制備技術領域，特指以硫酸銅為原料、維生素C(Vc)為還原劑，以非離子表面活性劑吐溫(Tween)系列或聚乙二醇(PEG)系列或者它們與十二烷基硫酸鈉(SDS)或十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)的復配為修飾劑，水熱合成法制備納米銅的方法。
背景技術：
納米銅廣泛應用于各種領域，例如在高效催化劑、導電漿料、高導電率、高比強度合金和固體潤滑劑等方面。目前制備納米銅的方法很多，例如氣相蒸發法、等離子體法、γ-射線輻照一水熱結晶聯合法、機械化學法、超聲波化學法、電子束照射法、光催化分解法、電解法、溶膠-凝膠法、反相微乳液法、微波輻照合成法、超臨界萃取法、熱分解法等。這些制備方法有些技術要求高、設備昂貴，有些工藝復雜、對環境污染較大，所制備的納米銅顆粒粒徑較大，粒徑分布較寬。在制備納米銅中，常用的修飾劑是聚電解質類物質，成本高，有一定毒性，對環境污染較大。林榮會等在化學學報的《化學還原法制備納米銅》以及M Y Yen等在Langmuir的《Convergent Electron Beam Induced Growth of Copper NanostructuresEvidence of the Importance of a Soft Template》的論文中都對此進行了報道。經檢索，目前尚未有利用非離子表面活性劑Tween系列和PEG系列單獨或與SDS、SDBS復配為修飾劑水熱合成法制備小粒徑納米銅的方法。
發明內容
本發明提出了一種以硫酸銅為原料、Vc為還原劑、以非離子表面活性劑吐溫(Tween)系列或聚乙二醇(PEG)系列或者它們與十二烷基硫酸鈉(SDS)或十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)的復配為修飾劑，水熱合成法制備納米銅的方法，以克服上述缺點。
其制備方法如下配制硫酸銅水溶液0.2～0.5mol/L，再分別取Tween系列和PEG系列或它們與十二烷基硫酸鈉(SDS)或十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)的復配為修飾劑，在攪拌下溶于水中，并加入還原劑Vc，充分攪拌至完全溶解，制得還原劑-修飾劑預混溶液；復配比例為1∶1，修飾劑與硫酸銅的摩爾比為1～2.5∶1，還原劑Vc與硫酸銅的摩爾比為3～5∶1；邊攪拌邊在50℃～80℃的水浴中加熱回流該預混溶液，再以20～50滴/min的速度滴入硫酸銅溶液；滴加完畢后，回流反應2-5h，得到褐紅色沉淀，離心分離，水洗滌，再離心分離，真空干燥，即得納米銅。
上述制備方法，宜采用以下工藝參數或步驟為佳配制硫酸銅水溶液0.3mol/L，還原劑-修飾劑預混溶液中修飾劑與硫酸銅的摩爾比為2～2.5∶1，還原劑Vc與硫酸銅的摩爾比為4～5∶1；邊攪拌邊在80℃的水浴中加熱回流該預混溶液，再以20～30滴/min的速度滴入硫酸銅溶液；滴加完畢后，回流反應2-3h，以下步驟相同，即得納米銅。
使用的修飾劑為Tween-20、Tween-40、Tween-80、PEG-600、PEG-2000、PEG-6000、Tween-20+SDS、Tween-20+SDBS、Tween-40+SDS、Tween-40+SDBS、Tween-80+SDS、Tween-80+SDBS、PEG-600+SDS、PEG-600+SDBS、PEG-2000+SDS、PEG-2000+SDBS、PEG-6000+SDS或PEG-6000+SDBS。
圖1Tween-20為修飾劑的球形納米銅產品的透射電鏡2Tween-80為修飾劑的球形納米銅產品的透射電鏡3PEG-600為修飾劑的球形納米銅產品的透射電鏡4PEG-6000為修飾劑的球形納米銅產品的透射電鏡5SDS+Tween-40為修飾劑的球形納米銅產品的透射電鏡6SDBS+PEG-600為修飾劑的球形納米銅產品的透射電鏡7SDBS+PEG-2000為修飾劑的單晶二維納米銅薄片產品的透射電鏡8SDS+PEG-6000為修飾劑的球形納米銅產品的透射電鏡9SDS+Tween-40為修飾劑的球形納米銅產品的局部選區電子衍射10SDBS+PEG-2000為修飾劑的單晶二維納米銅薄片產品的局部選區電子衍射圖具體實施方式
下面結合具體實施實例對本發明做進一步說明。
配置硫酸銅水溶液0.2-0.5mol/L。分別取Tween系列和PEG系列或與SDS、SDBS復配為修飾劑，在攪拌下溶于水中，并加入還原劑Vc，充分攪拌至完全溶解，制得還原劑一修飾劑預混體系。修飾劑與硫酸銅的摩爾比為1-2.5∶1，還原劑Vc與硫酸銅的摩爾比為3-5∶1。攪拌下80℃水浴中加熱回流該預混溶液。再以30-50滴/min的速度滴入硫酸銅水溶液。滴加完畢后，回流反應2.0-5.0h，得到褐紅色的沉淀，離心分離，水洗滌，再離心分離，在50℃下真空干燥，即得納米銅。
實施例1如圖1，取0.05mol的Tween-20，在攪拌下溶于50mL水中，并加入0.125mol的Vc，充分攪拌至完全溶解，制得還原劑-修飾劑預混體系。將該預混溶液放置在50℃的水浴中加熱回流。以20滴/min的速度滴入濃度為0.5mol/L的硫酸銅水溶液50mL，滴加完畢后，回流反應5.0h，得到褐紅色的沉淀，離心分離，水洗滌，再離心分離，在50℃下真空干燥，得到納米銅。
實施例2如圖2，取0.025mol的Tween-80，在攪拌下溶于50mL水中，并加入0.075mol的Vc，充分攪拌至完全溶解，制得還原劑-修飾劑預混體系。將該預混溶液放置在60℃的水浴中加熱回流。以50滴/min的速度滴入濃度為0.2mol/L的硫酸銅水溶液100mL，滴加完畢后，回流反應2.0h，得到褐紅色的沉淀，離心分離，水洗滌，再離心分離，在50℃下真空干燥，得到納米銅。
實施例3如圖3，取0.0625mol的PEG-600，在攪拌下溶于50mL水中，并加入0.1mol的Vc，充分攪拌至完全溶解，制得還原劑-修飾劑預混體系。將該預混溶液放置在70℃的水浴中加熱回流。以30滴/min的速度滴入濃度為0.3mol/L的硫酸銅水溶液75mL，滴加完畢后，回流反應3.0h，得到褐紅色的沉淀，離心分離，水洗滌，再離心分離，在50℃下真空干燥，得到納米銅。
實施例4如圖4，取0.05mol的PEG-6000，在攪拌下溶于50mL水中，并加入0.1mol的Vc，充分攪拌至完全溶解，制得還原劑-修飾劑預混體系。將該預混溶液放置在80℃的水浴中加熱回流。以30滴/min的速度滴入濃度為0.5mol/L的硫酸銅水溶液50mL，滴加完畢后，回流反應5.0h，得到褐紅色的沉淀，離心分離，水洗滌，再離心分離，在50℃下真空干燥，得到納米銅。
實施例5如圖5，取0.025mol的Tween-40，再取0.0125mol的SDS，在攪拌下溶于50mL水中，并加入0.125mol的Vc，充分攪拌至完全溶解，制得還原劑-修飾劑預混體系。將該預混溶液放置在80℃的水浴中加熱回流。以30滴/min的速度滴入濃度為0.5mol/L的硫酸銅水溶液50mL，滴加完畢后，回流反應5.0h，得到褐紅色的沉淀，離心分離，水洗滌，再離心分離，在50℃下真空干燥，得到納米銅。
實施例6如圖6，取0.025mol的PEG-600，再取0.0125mol的SDBS，在攪拌下溶于50mL水中，并加入0.125mol的Vc，充分攪拌至完全溶解，制得還原劑-修飾劑預混體系。將該預混溶液放置在80℃的水浴中加熱回流。以30滴/min的速度滴入濃度為0.5mol/L的硫酸銅水溶液50mL，滴加完畢后，回流反應5.0h，得到褐紅色的沉淀，離心分離，水洗滌，再離心分離，在50℃下真空干燥，得到納米銅。
實施例7如圖7，取0.025mol的PEG-2000，再取0.0125mol的SDBS，在攪拌下溶于50mL水中，并加入0.125mol的Vc，充分攪拌至完全溶解，制得還原劑-修飾劑預混體系。將該預混溶液放置在80℃的水浴中加熱回流。以30滴/min的速度滴入濃度為0.5mol/L的硫酸銅水溶液50mL，滴加完畢后，回流反應5.0h，得到褐紅色的沉淀，離心分離，水洗滌，再離心分離，在50℃下真空干燥，得到納米銅。
實施例8如圖8，取0.025mol的PEG-6000，再取0.0125mol的SDS，在攪拌下溶于50mL水中，并加入0.125mol的Vc，充分攪拌至完全溶解，制得還原劑-修飾劑預混體系。將該預混溶液放置在80℃的水浴中加熱回流。以30滴/min的速度滴入濃度為0.5mol/L的硫酸銅水溶液50mL，滴加完畢后，回流反應5.0h，得到褐紅色的沉淀，離心分離，水洗滌，再離心分離，在50℃下真空干燥，得到納米銅。
表1為部分納米銅的粒徑、粒徑分布。
表1納米銅的粒徑、粒徑分布
權利要求
1.一種制備納米銅的方法，其特征在于配制硫酸銅水溶液0.2～0.5mol/L，再分別取Tween系列和PEG系列或它們與十二烷基硫酸鈉(SDS)或十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)的復配為修飾劑，在攪拌下溶于水中，并加入還原劑Vc，充分攪拌至完全溶解，制得還原劑-修飾劑預混溶液；修飾劑與硫酸銅的摩爾比為1～2.5∶1，還原劑Vc與硫酸銅的摩爾比為3～5∶1；邊攪拌邊在50℃～80℃的水浴中加熱回流該預混溶液，再以20～50滴/min的速度滴入硫酸銅溶液；滴加完畢后，回流反應2-5h，得到褐紅色沉淀，離心分離，水洗滌，再離心分離，真空干燥，即得納米銅。
2.根據權利要求1所述的一種制備納米銅的方法，其特征在于Tween系列和PEG系列與十二烷基硫酸鈉(SDS)或十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)的復配比例為1∶1。
3.根據權利要求1、要求2所述的一種制備納米銅的方法，其特征在于使用的修飾劑為Tween-20、Tween-40、Tween-80、PEG-600、PEG-2000、PEG-6000、Tween-20+SDS、Tween-20+SDBS、Tween-40+SDS、Tween-40+SDBS、Tween-80+SDS、Tween-80+SDBS、PEG-600+SDS、PEG-600+SDBS、PEG-2000+SDS、PEG-2000+SDBS、PEG-6000+SDS或PEG-6000+SDBS。
4.根據權利要求1所述的一種制備納米銅的方法，其特征在于配制硫酸銅水溶液0.3mol/L，還原劑-修飾劑預混溶液中修飾劑與硫酸銅的摩爾比為2～2.5∶1，還原劑Vc與硫酸銅的摩爾比為4～5∶1；邊攪拌邊在80℃的水浴中加熱回流該預混溶液，再以20～30滴/min的速度滴入硫酸銅溶液；滴加完畢后，回流反應2-3h，以下步驟相同，即得納米銅。
全文摘要
本發明涉及一種制備不同形貌納米銅的方法，分別取Tween系列和PEG系列或它們與SDS、SDBS復配為修飾劑，在攪拌下溶于水中，并加入還原劑Vc，充分攪拌至完全溶解，制得還原劑一修飾劑預混體系。配置硫酸銅溶液0.2－0.5mol/L。修飾劑與硫酸銅的摩爾比為1－2.5∶1，還原劑Vc與硫酸銅的摩爾比為3－5∶1。攪拌下80℃水浴中加熱回流該預混溶液。再以20－50滴/min的速度滴入硫酸銅溶液。滴加完畢后，回流反應2－5h，得到褐紅色沉淀，離心分離，水洗滌，再離心分離，在50℃下真空干燥，即得納米銅。用此方法制備的納米銅，顆粒粒徑小，顆粒平均粒徑在4.0nm～20.0nm之間。本方法具有環保、反應條件溫和、反應易于控制、成本低、工藝和流程簡便的優點。
文檔編號B22F9/16GK1803352SQ20051009461
公開日2006年7月19日 申請日期2005年9月29日 優先權日2005年9月29日
發明者程曉農, 張錫鳳, 殷恒波, 陸建明, 胡慧峰, 于琪, 王愛麗 申請人:江蘇大學