微納米氧化銅及其制備方法技術

本發明專利技術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。該微納米氧化銅的制備方法，其步驟包括：(1)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；(2)將十二烷基三甲基溴化銨溶于所得溶液中，密封并攪拌；(3)將所得溶液在120-200℃保溫2-12小時，冷卻；(4)將反應產物過濾、離心分離、清洗后干燥；(5)將干燥產物于400-600℃高溫煅燒1-5h。該氧化銅形貌可控、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，對氣體敏感度高，且合成方法簡單，重復性好。

【技術實現步驟摘要】
微納米氧化銅及其制備方法
本專利技術涉及半導體材料
，特別涉及一種微納米氧化銅及其制備方法。
技術介紹
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。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1.2eV。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。大量研究表明：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。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究熱點之一。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術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。本專利技術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。本專利技術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：(1)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；(2)將十二烷基三甲基溴化銨溶于步驟(1)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；(3)將步驟(2)所得溶液在120-200℃保溫2-12小時，冷卻；(4)將反應產物過濾、離心分離、清洗后干燥；(5)將步驟(4)干燥產物于400-600℃高溫煅燒1-5h，得到微納米氧化銅。本專利技術提供的微納米氧化銅及其制備方法的有益效果是：本專利技術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。附圖說明圖1為實施例1所制備的微納米氧化銅的XRD圖。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。圖3為實施例2所制備的微納米氧化銅的XRD圖。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。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。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。具體實施方式本專利技術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。優選的，所述微米顆粒的粒徑為10-20μm。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。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。優選的，所述氧化銅層狀結構的厚度為100-300nm，面積為10-25μm2。優選的，所述微納米氧化銅比表面積為90-100m2g-1。本專利技術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：(1)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；(2)將十二烷基三甲基溴化銨溶于步驟(1)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；(3)將步驟(2)所得溶液在120-200℃保溫2-12小時，冷卻；(4)將反應產物過濾、離心分離、清洗后干燥；(5)將步驟(4)干燥產物于400-600℃高溫煅燒1-5h，得到微納米氧化銅。優選的，所述可溶性銅鹽為硝酸銅，有機溶劑為無水乙醇。更加優選的，步驟(1)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。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℃下干燥4-12小時。下面將結合實施例對本專利技術提供的一種微納米氧化銅及其制備方法予以進一步說明。實施例1：制備微納米氧化銅，具體步驟如下：1)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；2)將0.5克十二烷基三甲基溴化銨溶于步驟(1)溶液中，密封并連續攪拌2小時；3)將步驟(2)所得溶液轉移至高壓反應釜中，在180℃保溫2小時，自然冷卻至室溫；4)將反應產物過濾、離心分離、無水乙醇清洗3次，在70℃干燥12小時；5)將步驟(4)制得的粉末于500℃高溫煅燒1.5h，得到三維分級玫瑰花形貌的微納米氧化銅。將按上述方法制備得到的微納米氧化銅分散性好、形狀規則，將其進行XRD測試以確定微納米氧化銅的晶型，測試結果見附圖1，進行掃描電鏡測試以確定微納米氧化銅的形態及結構，測試結果見附圖2。由附圖1可見，制備得到的微納米氧化銅為黑銅礦結構的二氧化銅，從圖2中可看出，該微納米氧化銅顆粒尺寸約為10-20μm，由層狀結構相互交錯穿插形成玫瑰花形貌的微納米氧化銅顆粒，層與層的相互交錯形成了諸多形狀不規則的空隙，層狀結構由疏松的氧化銅納米顆粒組成。實施例2：制備微納米氧化銅，具體步驟如下：(1)將10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；(2)將0.5克十二烷基三甲基溴化銨溶于步驟(1)溶液中，密封并連續攪拌2小時；(3)將步驟(2)所得溶液轉移至高壓反應釜中，在180℃保溫2小時，自然冷卻至室溫；(4)將反應產物過濾、離心分離、無水乙醇清洗3次，在70℃干燥12小時；(5)將步驟(4)制得的粉末于500℃高溫煅燒1.5h，得到微納米氧化銅。將按上述方法制備得到的微納米氧化銅分散性好、形狀規則，將其進行XRD測試以確定微納米氧化銅的晶型，測試結果見附圖3，進行掃描電鏡測試以確定微納米氧化銅的形態及結構，測試結果見附圖4。進一步的，對微納米氧化銅進行了比表面積的測試，測試結果見附圖5，還測定了該微納米氧化銅在5ppm甲醇氣體中的響應-回復曲線，測試結果見附圖6。由附圖3可見，制備得到的微納米氧化銅為黑銅礦結構的二氧化銅，從圖4a中可看出，該微納米氧化銅顆粒尺寸約為10-20μm，由層狀結構相互交錯穿插形成玫瑰花形貌的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微納米氧化銅，其特征在于：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。

【技術特征摘要】
1.一種微納米氧化銅，其特征在于：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。2.如權利要求1所述的微納米氧化銅，其特征在于：所述微米顆粒的粒徑為10-20μm。3.如權利要求2所述的微納米氧化銅，其特征在于：所述氧化銅顆粒的粒徑為20-50nm。4.如權利要求3所述的微納米氧化銅，其特征在于：所述氧化銅晶型結構為黑銅礦結構。5.如權利要求1所述的微納米氧化銅，其特征在于：所述氧化銅層狀結構的厚度為100-300nm，面積為10-25μm2。6.如權利要求1所述的微納米氧化銅，其特征在于：所述微納米氧化銅比表面積為90-100m2g-1。7.一種制備權利要求1-6中任一權利要求所述微...

【專利技術屬性】
技術研發人員：熊娟，劉雷，顧豪爽，覃愿，張為海，
申請(專利權)人：湖北大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42