一种一步水热法制备六叶体铜微晶的方法技术

本发明专利技术涉及低维材料技术领域，尤其涉及一种一步水热法制备六叶体铜微晶的调控方法。所述方法包括以下步骤：将可溶性铜盐、络合剂、还原剂和碱性调节剂溶于水中配制为混合铜液，将混合铜液置于容器中进行水热反应，冷却后即可得到铜微晶。本发明专利技术制备方法简洁高效，可通过一步直接制备得到铜微晶；所制得的铜微晶为六叶体铜微晶，其形貌特征独特，稳定性高；所制得铜微晶具有更大的比表面积；制备所需温度低、水热反应时间短，能够有效减小能耗、提高制备效率。该材料有望用于微电子、锂电和催化领域。

【技术实现步骤摘要】
一种一步水热法制备六叶体铜微晶的方法
本专利技术涉及低维材料
，尤其涉及一种一步水热法制备六叶体铜微晶的方法。
技术介绍
由于低维纳米材料的光、电、催化等性能，使得人们在这一类材料的合成中投入了大量精力，同时也利用化学和物理的方法制备了各种各样的纳米结构材料。当常态物质被加工到极其微细的纳米尺度时，会出现特异的表面效应、体积效应和量子效应，其光学、热学、电学、磁学、力学乃至化学性质也就相应地发生显著变化。最近几年，纳米Cu也是一个研究热点，超细铜粉颗粒由于其尺寸小，比表面积大，在物理、化学方面表现出许多特殊性能，因而广泛应用于催化剂、涂料、微电子、锂电集流体、医学和生物等领域，其制备及应用的研究己受到国内外广泛关注。但是，目前对于铜微晶的制备也同样陷入了瓶颈，如韩阳.水热还原制备铜微晶[D].延边大学,2009.一文记载通过其方法能够制备得到铜微晶具有良好的结构稳定性，并且可制得纯铜铜微晶，其不含有氧化铜或氧化亚铜，但是其铜微晶为多面体结构，比表面积较小。而部分技术人员通过方法上的改进能够制备得到多棱铜微晶，但是该铜微晶成分中含有氧化亚铜和/或氧化铜，其无法制备得到纯铜，并且制备时间长、结构稳定性差。
技术实现思路
为解决现有的铜微晶制备工艺不完善，无法简单高效地制备铜微晶，并且所制得铜微晶或存在比表面积小、或存在成分不均等问题，本专利技术提供了一种一步水热法制备六叶体铜微晶的方法。本专利技术的目的在于：一、制备方法简洁高效，能够一步制得铜微晶；二、确保所制得铜微晶具有良好的结构稳定性；三、使得所制得的铜微晶为纯铜；四、提高所制得铜微晶的比表面积。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。一种一步水热法制备六叶体铜微晶的方法，所述方法包括以下步骤：将可溶性铜盐、络合剂、还原剂和碱性调节剂溶于水中配制为混合铜液，将混合铜液置于容器中进行水热反应，冷却后即可得到铜微晶。在上述方法中，首先络合剂作为成核中心，可溶性铜盐溶解形成的铜离子在碱性调节剂和络合剂会以络合剂为中心析出并首先生长铜晶胞，铜晶胞的结构取决于络合剂的选用，而铜晶胞的大小取决于还原剂和碱性调节剂的选用和浓度，形成铜晶胞后在水热反应条件下进一步进行生长，该生长过程与络合剂、还原剂和碱性调节剂的选用种类及用量都具备关联性，本专利技术通过对络合剂、还原剂和碱性调节剂种类的选择以及浓度的调控，实现了多面体铜晶胞向多棱铜的生长，并且生长速率较快、核心部分以及棱部分完整，具有良好的结构稳定性，此外，部分条件下多棱铜微晶的生长过程中，首先形成表面光滑的棱结构，而后可在棱结构表面进一步形成和生长绒毛结构，能够进一步增大铜微晶的比表面积。作为优选，所述制备过程中首先将络合剂、还原剂和碱性调节剂溶于水中并且混合均匀，再加入可溶性铜盐配制为混合铜液，将混合铜液置于容器中进行水热反应，冷却后即可得到铜微晶。作为优选，所述可溶性铜盐为氯化铜及其水合物、硫酸铜及其水合物、硝酸铜及其水合物中的任意一种或多种。上述铜盐均为常规易得且成本较低的可溶性铜盐，具有来源广泛和容易获得等优点，在进行产业化的制备时具有原料上的优势。作为优选，所述络合剂为酒石酸、酒石酸钾、酒石酸钾钠和柠檬酸钠中的任意一种或多种；所述还原剂为次磷酸钠、次磷酸钾、硼氢化钾、硼氢化钠和抗坏血酸中的任意一种或多种。所述络合剂最优为酒石酸钾钠，还原剂最优为次磷酸钠。上述的络合剂和还原剂均能够实现铜晶胞的形成，根据选用的络合剂和还原剂种类不同，所形成的铜晶胞在尺寸和结构上存在一定的区别。作为优选，所述碱性调节剂为氢氧化钾和氢氧化钠中的任意一种或多种。上述碱性调节剂是最常用的强碱性调节剂，由于本专利技术技术方案中要求铜离子能够实现快速的析出和生长，因此选用上述的碱性调节剂能够产生较优的技术效果。作为优选，所述可溶性铜盐、络合剂、还原剂和碱性调节剂的摩尔比为(8～20)：(15～30)：(70～125)：(3～6)。将各种物料的用量控制在上述范围内，能够确保铜晶胞的形成和生长，以及后续生长多棱铜微晶的稳定性，确保形成稳定的六棱铜微晶。作为优选，所述混合铜液中溶质的总摩尔浓度为4.0～4.5mol/L。混合铜液中溶质总浓度过低容易导致制备效率低下，并且铜晶胞的均匀性差，甚至部分晶胞生长不完整等问题发生，总浓度过高容易导致铜晶胞富集，无法制备得到铜微晶。作为优选，所述水热反应温度为120～140℃；所述水热反应时长为1～6h。在上述热处理条件范围内可实现最优的制备效果。且上述水热反应温度较低，时长较短，与现有技术相比明显降低了对温度的需求，降低了成本并且缩短了制备时长，有效提高了制备效率。作为优选，所述容器为水热釜；所述冷却采用的冷却方式为水冷、空冷和随炉冷却中的任意一种或多种。水冷、空冷和随炉冷却相应与不同条件的水热反应相对应，空冷和随炉冷却适用性较强，基本可全部水热反应条件范围内适用，而水冷则容易造成铜微晶氧化，因此与特定条件的水热反应相适配实现制备，所制备得到的铜微晶更优。本专利技术的有益效果是：1)制备方法简洁高效，可通过一步直接制备得到铜微晶；2)所制得的铜微晶为六角棱铜微晶，其形貌特征独特，稳定性高；3)所制得铜微晶具有更大的比表面积；4)制备所需温度低、水热反应时间短，能够有效减小能耗、提高制备效率。附图说明图1为实施例1所制得铜微晶的XRD表征图；图2为实施例1所制得铜微晶的SEM表征图；图3为实施例2所制得铜微晶的SEM表征图；图4为实施例3所制得铜微晶的SEM表征图；图5为实施例4所制得铜微晶的SEM表征图；图6为实施例5所制得铜微晶的SEM表征图；图7为实施例6所制得铜微晶的SEM表征图；图8为实施例7所制得铜微晶的XRD对比图；图9为实施例7以水热2h水冷工艺所制得铜微晶的SEM表征图；图10为实施例7以水热4h空冷工艺所制得铜微晶的SEM表征图；图11为实施例7以水热6h随炉冷却工艺所制得铜微晶的SEM表征图；图12为实施例8以水冷工艺所制得铜微晶的XRD表征图；图13为实施例8以空冷和随炉冷却工艺所制得铜微晶的XRD表征图；图14为实施例8所制得铜微晶的SEM对比图；图15为实施例9所制得铜微晶的SEM对比图；图16为实施例10所制得铜微晶的SEM对比图；图17为实施例10所制得铜微晶的XRD表征图；图18为实施例11所制得铜微晶的XRD表征图；图19为实施例11所制得铜微晶的SEM表征图；图20为实施例12所制得铜微晶的SEM表征图。具体实施方式以下结合具体实施例和说明书附图对本专利技术作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一步水热法制备六叶体铜微晶的方法，其特征在于，/n所述方法包括以下步骤：/n将可溶性铜盐、络合剂、还原剂和碱性调节剂溶于水中配制为混合铜液，将混合铜液置于容器中进行水热反应，冷却后即可得到铜微晶。/n

【技术特征摘要】
1.一种一步水热法制备六叶体铜微晶的方法，其特征在于，
所述方法包括以下步骤：
将可溶性铜盐、络合剂、还原剂和碱性调节剂溶于水中配制为混合铜液，将混合铜液置于容器中进行水热反应，冷却后即可得到铜微晶。


2.根据权利要求1所述的一种一步水热法制备六叶体铜微晶的方法，其特征在于，
所述可溶性铜盐为氯化铜及其水合物、硫酸铜及其水合物、硝酸铜及其水合物中的任意一种或多种。


3.根据权利要求1所述的一种一步水热法制备六叶体铜微晶的方法，其特征在于，
所述络合剂为酒石酸、酒石酸钾、酒石酸钾钠和柠檬酸钠中的任意一种或多种；
所述还原剂为次磷酸钠、次磷酸钾、硼氢化钾、硼氢化钠和抗坏血酸中的任意一种或多种。


4.根据权利要求1所述的一种一步水热法制备六叶体铜微晶的方法，其特征在于，
所述碱性调节剂为氢氧化钾和氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯广亚，张汪鹏，唐谊平，曹华珍，郑国渠，张惠斌，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33