微納米氧化銅及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體材料技術領域，特別涉及一種微納米氧化銅及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著人類社會的發展，能源與環境問題顯得日益突出，并引起人們的廣泛關注，現代環保技術由此也得到快速發展。性能優良的氣敏和催化材料在空氣質量檢測、安全生產、污染物降解等領域有著重要的應用。
[0003]作為一種重要的過渡金屬氧化物，氧化銅是一種典型的P型半導體材料，禁帶寬度1.2eVo由于其具有較低的價格和毒性、較高的穩定性和豐富的元素分布，目前已被廣泛用于氣敏傳感器、鋰離子電池、抗菌殺毒、磁存儲器件等領域。大量研宄表明:材料的性能與其微觀結構形貌密切相關。已有文獻報道的氧化銅晶體形貌主要有球狀、棒狀、帶狀、線狀、三維分級微米結構，包括海膽狀、空心球等。特別是具有三維分級結構的微納米氧化銅被認為是非常有前景的氣敏材料。
[0004]而具有三維分級結構氧化銅氣敏材料合成困難，且材料比表面積較低，作為氣敏材料使用時靈敏度較低，因此，開發一種重復性好的方法，合成具有三維分級結構的微納米氧化銅成為納米材料領域的研宄熱點之一。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明提供了一種微納米氧化銅及其制備方法，該微納米氧化銅具有三維分級結構，較高比表面積，對氣體敏感度高，且合成方法簡單，重復性好。
[0006]本發明第一方面提供了一種微納米氧化銅，所述微納米氧化銅為氧化銅層狀結構相互交錯排列構成的微米顆粒，所述氧化銅層狀結構由氧化銅顆粒疏松排列構成，且同一氧化銅層狀結構內的氧化銅顆粒之間具有相互連通的孔隙。
[0007]本發明第二方面提供了一種微納米氧化銅的制備方法，其步驟包括:
[0008](I)將可溶性銅鹽溶于有機溶劑中，密封并攪拌至可溶性銅鹽完全溶解；
[0009](2)將十二烷基三甲基溴化銨溶于步驟(I)所得溶液中，使十二烷基三甲基溴化銨與有機溶劑的質量體積比為0.002-0.04g/mL，密封并攪拌1_4小時；
[0010](3)將步驟⑵所得溶液在120-200°C保溫2_12小時，冷卻；
[0011](4)將反應產物過濾、離心分離、清洗后干燥；
[0012](5)將步驟(4)干燥產物于400-600°C高溫煅燒l_5h，得到微納米氧化銅。
[0013]本發明提供的微納米氧化銅及其制備方法的有益效果是:本發明提供的微納米氧化銅制備方法，工藝簡單，在該方法的特殊條件下制備得到的氧化銅形貌可控、規則，分散性好，具有三維分級結構、高比表面積以及更多活性位點，其含有大量的納米結構單元，組成微納米氧化銅的層狀結構相互交錯，使微納米氧化銅具有豐富的介孔，同時組成層狀結構的氧化銅顆粒疏松排列使層狀結構上具備無數相互連通的通道，有利于電子傳遞，有效增強P型氧化銅的導電能力，提高氣體敏感性能，氣體通過多通道結構快速、有效地向敏感層進行擴散，可大幅度增加對測試氣體的靈敏度和響應速度。
【附圖說明】
[0014]附圖1為實施例1所制備的微納米氧化銅的XRD圖。
[0015]附圖2為實施例1所制備微納米氧化銅的掃描電鏡圖，其中a是放大5000倍的掃描電鏡圖，b是放大10000倍的掃描電鏡圖。
[0016]附圖3為實施例2所制備的微納米氧化銅的XRD圖。
[0017]附圖4為實施例2所制備微納米氧化銅的掃描電鏡圖，其中a是放大5000倍的掃描電鏡圖，b是放大20000倍的掃描電鏡圖。
[0018]附圖5為實施例2所制備的微納米氧化銅的氮氣等溫吸附脫附曲線。
[0019]附圖6為實施例2所制備的微納米氧化銅對5ppm甲醇的響應曲線。
【具體實施方式】
[0020]本發明第一方面提供了一種微納米氧化銅，所述微納米氧化銅為氧化銅層狀結構相互交錯排列構成的微米顆粒，所述氧化銅層狀結構由氧化銅顆粒疏松排列構成，且同一氧化銅層狀結構內的氧化銅顆粒之間具有相互連通的孔隙。該結構為具有較多活性位點和較好的孔隙連通性，有利于電子傳遞，有效增強P型氧化銅的導電能力，增加對氣體的靈敏度和響應速度。
[0021]優選的，所述微米顆粒的粒徑為10-20 μ mo
[0022]更加優選的，所述氧化銅顆粒粒徑為20_50nm。較小的氧化銅顆粒組成的層狀結構孔隙更多，孔隙連通性更佳。
[0023]進一步優選的，所述氧化銅晶型結構為黑銅礦結構。該晶型結構具有較高氣體敏感度。
[0024]優選的，所述氧化銅層狀結構的厚度為100-300nm，面積為10-25 μ m2。
[0025]優選的，所述微納米氧化銅比表面積為90-100!!!?'
[0026]本發明第二方面提供了一種微納米氧化銅的制備方法，其步驟包括:
[0027](I)將可溶性銅鹽溶于有機溶劑中，密封并攪拌至可溶性銅鹽完全溶解；
[0028](2)將十二烷基三甲基溴化銨溶于步驟(I)所得溶液中，使十二烷基三甲基溴化銨與有機溶劑的質量體積比為0.002-0.04g/mL，密封并攪拌1_4小時；
[0029](3)將步驟⑵所得溶液在120_200°C保溫2_12小時，冷卻；
[0030](4)將反應產物過濾、離心分離、清洗后干燥；
[0031](5)將步驟(4)干燥產物于400-600°C高溫煅燒l_5h，得到微納米氧化銅。
[0032]優選的，所述可溶性銅鹽為硝酸銅，有機溶劑為無水乙醇。
[0033]更加優選的，步驟(I)所述硝酸銅溶于無水乙醇中為使硝酸銅與無水乙醇的質量體積比為 0.05-0.4g/mL。
[0034]更加優選的，步驟(3)所述清洗為采用無水乙醇清洗3-5次，所述干燥為60_80°C下干燥4-12小時。
[0035]下面將結合實施例對本發明提供的一種微納米氧化銅及其制備方法予以進一步說明。
[0036]實施例1:
[0037]制備微納米氧化銅，具體步驟如下:
[0038]I)將20克硝酸銅溶于50-100毫升無水乙醇中，密封并連續攪拌3小時至硝酸銅完全溶解；
[0039]2)將0.5克十二烷基三甲基溴化銨溶于步驟(I)溶液中，密封并連續攪拌2小時；
[0040]3)將步驟⑵所得溶液轉移至高壓反應釜中，在180°C保溫2小時，自然冷卻至室溫;
[0041]4)將反應產物過濾、離心分離、無水乙醇清洗3次，在70°C