一種氧化銅納米線的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及納米新材料加工制造技術領域，具體涉及一種氧化銅納米線的制備方法。
【背景技術】
[0002]目前制備負載型氧化銅納米線(即將氧化銅納米線負載到平面基材上)的常見方法有模板法-化學沉淀法(如專利CN20 1 5 10 06 1 1 5 1.2 )、模板-熱氧化法(如CN200910038947.0)、熱氧化法(如專利CN200610034006.6，CN201110094054.5)、等離子體轟擊法(如專利CN201210264695.5)，上述方法制備工藝較為復雜或者對工藝條件要求較高。例如，在上述熱氧化法中(CN201110094054.5)需要先在高度真空中采用磁控濺射法將金屬銅沉積到基底上形成金屬銅薄膜，然后將制備好的薄膜在大氣氛圍下退火即得到氧化銅納米線陣列薄膜;再如，在上述等離子體轟擊法中(如專利CN201210264695.5)，需先將銅薄膜通過熱氧化生成氧化銅薄膜，然后通過物理的方法-等離子體轟擊法將氧化銅薄膜刻成納米線陣列。再如，專利CN200910038947.0所報道的模板-熱氧化法，該方法是先依次在襯底上制備多層過渡層、金屬膜和保護層，然后通過光刻方法選擇性地暴露出金屬膜表面，最后將該表面放置在含有氧氣的氣氛下加熱，實現其氧化物納米線的生長。總體上而言，這些方法在制備過程中大多涉及物理處理過程(如光刻、濺射、等離子體轟擊等)，因此制備過程較為復雜、工藝成本較高，而且目前使用溶液化學方法很容易實現氧化銅納米顆粒在平面基材上的沉積從而得到負載型氧化銅納米材料，但使用溶液化學方法將氧化銅納米線沉積在平面基材上得到負載型氧化銅納米線則很困難，因為納米線較長，其空間位阻也遠大于球形納米顆粒，不容易沉積在基材上，因此，現有方法多采用(或部分采用)物理的方法實現氧化銅納米線在基材上的沉積。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足而提供一種生產成本低、反應周期短、效率高的二維平面基材支撐氧化銅納米線制備方法。
[0004]本發明為解決上述問題所采用的技術方案為:
[0005]本發明提供一種氧化銅納米線的制備方法，包括以下步驟:
[0006](I)取2?200mmol 二價銅鹽溶于40mL水中并攪拌均勾形成二價銅鹽溶液，取一定量絡合劑溶于水中攪拌均勻形成絡合劑溶液，向所述二價銅鹽溶液中加入絡合劑攪拌均勻形成二價銅鹽混合溶液，所述絡合劑與所述二價銅鹽的摩爾比為1:1?4:1;
[0007](2)取25?300mmol氫氧化鈉溶于40mL水中形成氫氧化鈉溶液；
[0008](3)將所述氫氧化鈉溶液在劇烈攪拌條件下緩慢加入所述二價銅鹽混合溶液中攪拌均勻形成混合物溶液；
[0009](4)將所述混合物溶液轉入內壁貼有反應基材的反應釜中進行反應，在所述石墨紙基材上均勻沉積有納米結構的氧化銅，并在所述石墨紙基材上形成納米結構氧化銅薄膜，從而得到負載有納米結構氧化銅薄膜的二維材料。
[0010]進一步地，步驟(I)所述二價銅鹽為CuS04.5H20、CuC12和Cu(NO3)2中的一種或幾種，所述絡合劑為Η)ΤΑ、檸檬酸鈉、酒石酸鈉、乙二胺、水楊酸、8-羥基喹啉-5-磺酸和三乙烯四胺中的一種或幾種。
[00?1 ] 進一步地，步驟(4)中所述基材為石墨紙，所述基材為長12cm、寬5cm的基材。
[0012]進一步地，步驟(4)中所述混合物溶液在反應釜中反應時間為I?6h，溫度為100?180。。。
[0013]本發明的有益效果在于:
[0014]本發明所提供的一種氧化銅納米線的制備方法一步法，所使用的試劑均為廉價試劑、反應周期短、最快為I小時，此外，由于本方法使用了適當的絡合劑，這些絡合劑可以和二價銅鹽絡合從而控制氧化銅的生成速率，使所生成的氧化銅納米晶有優先生長取向從而形成一些具有特定形貌的非球形納米晶，因此，本方法所制備的氧化銅的基本組成單元并非球形或類球形顆粒，而是具有特殊形狀的納米線，此外，石墨紙導電率高，將氧化銅納米材料負載到石墨紙上面作為催化劑用時，有利于催化劑的電荷分離，從而達到較高的催化效率。
【附圖說明】
[0015]圖1為實施例1中所制備的石墨紙支撐氧化銅納米線的XRD譜圖；
[0016]圖2為實施例1中所制備的石墨紙支撐氧化銅納米線的低倍SEM圖片；
[0017]圖3為實施例1中所制備的石墨紙支撐氧化銅納米線的高倍SEM圖片；
[0018]圖4為實施例1中所制備的石墨紙支撐氧化銅納米線的催化過氧化氫降解剛果紅的效果圖；
[0019]圖5實施例1中所制備的石墨紙支撐氧化銅納米線的催化過氧化氫降解剛果紅的總有機碳(TOC)去除率效果圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖具體闡明本發明的實施方式，這些實施例的給出僅僅是為了說明的目的，并不能理解為對本發明的限定，包括附圖僅供參考和說明使用，不構成對本發明專利保護范圍的限制，因為在不脫離本發明的精神和范圍的基礎上，可以對本發明進行許多改變。
[0021]實施例1
[0022]取2mmol CuSO4.5H20溶于20mL水中形成C11SO4.5H20溶液，取4mmol的絡合劑如三乙烯四胺溶于20mL水中形成絡合劑溶液，將CuSO4.5H20溶液、絡合劑溶液混合并攪拌均勻形成混合溶液，然后取40mL配好的濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液逐滴加入上述混合溶液，攪拌，最終得到反應液轉入反應釜中，將裁剪好的、長12cm、寬5cm的石墨紙卷成圓柱形緊貼反應釜的內壁，在180°C條件下反應3小時，在石墨紙基材上均勻沉積有納米結構的氧化銅，并在所述石墨紙基材上形成納米結構氧化銅薄膜，從而得到負載有納米結構氧化銅薄膜的二維材料。
[0023]對基材上的物質進行分析發現，負載在基材上的物質納米結構氧化銅薄膜為氧化銅，對本實施例1所制備的氧化銅納米線進行分析，如圖1所示，圖1(a)是實施例1中所制備的石墨紙支撐氧化銅納米線的XRD譜圖；(b)是石墨紙基材的XRD譜圖，圖中曲線(b)在2Θ =26.8°，54.6°和87.4°處出峰，對應的是菱形晶相石墨(PDF#75_2078)，曲線(a)除了上述三個峰外還在2Θ = 36.8°，42.7°，61.8°和74.1°處出峰，這四個峰分別對應的是面心立方晶型氧化銅的(111)，(200)，(220)和(311)晶面，(roF#78-0428)，從圖2和圖3中看出石墨紙上沉積的氧化銅納米線的直徑為50-150納米，長度為2-3微米，而且晶體生長形狀很規則，結晶度較高，從圖4可以看出當反應時間為36min，剛果紅的降解率可以達到97.5 %。
[0024]從圖5可以看出當反應時間為SOmin，剛果紅的總有機碳(TOC)去除率可以達到77%，綜合分析所制備的石墨紙支撐氧化銅納米線具有很好的物理、化學性能。
[0025]本發明所提供的一種氧化銅納米線的制備方法為一步法，所使用的試劑均為廉價試劑，制備成本低、反應周期短、最快為I小時，極大提高了制備效率，此外，由于本方法使用了適當的絡合劑，這些絡合劑可以和二價銅鹽絡合從而控制氧化銅的生成速率，使所生成的氧化銅納米晶有優先生長取向從而形成一些具有特定形貌的非球形納米晶，因此，本方法所制備的氧化銅薄膜的基本組成單元并非球形或類球形顆粒，而是具有特殊形狀的納米晶體，如納米線等。
[0026]實施例2
[0027]取0.4mo I Cu (NO3) 2溶于40mL水中形成Cu (N03) 2溶液，加入0.8mo I的水楊酸攪拌溶解于40mL水中形成水楊酸溶液，將Cu (NO3 )2溶液、水楊酸溶液攪拌混合，然后取200mL濃度為20mol/L的氫氧化鈉溶液逐滴加入上述混合溶液，攪拌，最終得到反應液轉入反應釜中，將裁剪好的、長6cm、寬Icm的石墨紙卷成圓柱形緊貼反應釜的內壁，在120°C下反應8小時，在石墨紙基材上均勻沉積有納米結構的氧化銅，并在所述石墨紙基材上形成納米結構氧化銅，從而得到負載有納米結構氧化銅薄膜的二維材料。
[0028]實施例3
[0029]取1mol CuCl2溶于40mL水中形成CuCl2溶液，加入1mol的酒石酸鈉攪拌溶解于40mL水中形成酒石酸鈉溶液。將CuCl2溶液、酒石酸鈉溶液攪拌混合，然后取200mL濃度為20mol/L的氫氧化鈉溶液逐滴加入上述混合溶液，攪拌。最終得到反應液轉入反應釜中，將裁剪好的、長6cm、寬2cm的石墨紙卷成圓柱形緊貼反應釜的內壁，在160°C下反應6小時，在石墨紙基材上均勻沉積有納米結構的氧化銅，并在所述石墨紙基材上形成納米結構氧化銅，從而得到負載有納米結構氧化銅薄膜的二維材料。
[0030]實施例4
[0031]取0.4moI Cu (NO3) 2溶于40mL水中形成Cu (NO3) 2溶液，加入0.8moI的乙醇胺攪拌溶解于40mL水中形成乙醇胺溶液。將Cu (NO3) 2溶液、乙醇胺溶液攪拌混合，然后取200mL濃度為20mol/L的氫氧化鈉溶液逐滴加入上述混合溶液，攪拌，最終得到反應液轉入反應釜中，將裁剪好的、長12cm、寬8cm的石墨紙卷成圓柱形緊貼反應釜的內壁，在120 °C下反應8小時，在石墨紙基材上均勻沉積有納米結構的氧化銅，并在所述石墨紙基材上形成納米結構氧化銅，從而得到負載有納米結構氧化銅薄膜的二維材料。
[0032]實施例5
[0033]取0.1mol CuCl2溶于40mL水中形成CuCl2溶液，加入0.2mol的8_羥基喹啉_5_磺酸攪拌溶解于40mL水中形成8-羥基喹啉-5-磺酸溶液，將CuCl2溶液、8-羥基喹啉-5-磺酸溶液攪拌混合，然后取1mL濃度為20mol/L的氫氧化鈉溶液逐滴加入上述混合溶液，攪拌，最終得到反應液轉入反應釜中，將裁剪好的、長6cm、寬6cm的石墨紙卷成圓柱形緊貼反應釜的內壁。在140 °C下反應6小時，在石墨紙基材上均勻沉積有納米結構的氧化銅，并在所述石墨紙基材上形成納米結構氧化銅，從而得到負載有納米結構氧化銅薄膜的二維材料
[0034]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種氧化銅納米線的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)取2?200mmol二價銅鹽溶于40mL水中并攪拌均勻形成二價銅鹽溶液，取一定量絡合劑溶于水中攪拌均勻形成絡合劑溶液，向所述二價銅鹽溶液中加入絡合劑溶液攪拌均勻形成二價銅鹽混合溶液，所述絡合劑與所述二價銅鹽的摩爾比為1:1?4:1; (2)取25?300mmol氫氧化鈉溶于40mL水中形成氫氧化鈉溶液； (3)將所述氫氧化鈉溶液在劇烈攪拌條件下緩慢加入所述二價銅鹽混合溶液中攪拌均勻形成混合物溶液； (4)將所述混合物溶液轉入內壁貼有石墨紙基材的反應釜中進行反應，在所述石墨紙基材上均勻沉積有納米結構的氧化銅，并在所述石墨紙基材上形成納米結構氧化銅薄膜，從而得到負載有納米結構氧化銅薄膜的二維材料。2.根據權利要求1所述的一種氧化銅納米線的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述二價銅鹽為CuSO4.5H20、CuC12和Cu(NO3)2中的一種或幾種，所述絡合劑為EDTA、檸檬酸鈉、酒石酸鈉、乙二胺、水楊酸、8-羥基喹啉-5-磺酸和三乙烯四胺中的一種或幾種。3.根據權利要求1所述的一種氧化銅納米線的制備方法，其特征在于:步驟(4)中所述基材為石墨紙，所述基材為長12cm、寬5cm的基材。4.根據權利要求1所述的一種氧化銅納米線的制備方法，其特征在于:步驟(4)中所述混合物溶液在反應釜中反應時間為I?6h，溫度為100?180 °C。
【專利摘要】本發明提供一種氧化銅納米線的制備方法，包括制備二價銅鹽溶液和絡合劑溶液，向二價銅鹽溶液中加入絡合劑攪拌均勻形成二價銅鹽混合溶液，將所述氫氧化鈉溶液在劇烈攪拌條件下緩慢加入二價銅鹽混合溶液中攪拌均勻形成混合物溶液，將混合物溶液轉入內壁貼有反應基材石墨紙的反應釜中進行反應得到負載有納米結構氧化銅的二維材料，本發明所提供的一種氧化銅納米線的制備方法，反應周期短、效率高。此外，由于本方法使用了適當的絡合劑從而控制氧化銅的生成速率。
【IPC分類】C04B41/85, B01J23/72
【公開號】CN105712741
【申請號】CN201511010291
【發明人】李 浩
【申請人】李 浩