【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料，尤其涉及一种水热还原制备cu/cuo纳米片束的方法。
技术介绍
1、纳米cu/cuo能够借助纳米尺寸材料独有的表面效应、量子尺寸效应、体积效应以及量子隧道效应等作用，在电学(导电性、超导)、光学(传感器等灵敏部件、光催化降解)、化工(陶瓷、玻璃、抑菌剂)、力学(超塑性、高硬度和强度)和军事(推进剂和燃料加速剂、红外吸收功能)等领域表现出奇特的物理和化学特性，具有广泛的应用。近年来，科研工作者积极探索合成不同形貌的纳米cu/cuo，包括纳米颗粒、纳米线、纳米片、多孔、中空微球等结构。其中，不规则形状(例如，花状)的纳米cu/cuo由于其更大的比表面积，表现出更高的反应活性、更低的反应温度和更稳定的物理化学性能等特点而备受关注。
2、目前纳米cu/cuo的合成方法主要包括模板法、共沉淀法、水热还原法、声化学法等。其中，模板法中所用的模板需在合成反应结束之后通过腐蚀等步骤去除，这在一定程度上对合成的纳米cu/cuo造成损害，同时模板法的产率较低。在无诱导剂的保护下，沉淀法合成的cu/cuo形貌和尺寸均一性较差。水热还原法具备形态可控和操作方便等优点，适用于形成各种形态和特殊结构的物相，反应条件要求低，操作简便，但该方法所需反应温度较高、反应时间较长(往往需要高温反应釜)，且目前水热法合成的纳米cu/cuo形貌和尺寸均一性仍不能完全满足需要，在应用方面存在限制。而声化学的水热还原法借助声空化效应产生的局部高温高压环境，能够明显提高反应速率，但反应不易控制，且微波反应器价格昂贵，成本较高，仅限于小规模使
技术实现思路
1、针对以上技术问题，本专利技术公开了一种水热还原制备cu/cuo纳米片束的方法，解决现有技术中合成纳米cu/cuo形貌尺寸均一性差、成本高、产率低的问题。
2、对此，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种水热还原制备cu/cuo纳米片束的方法，包括如下步骤：
4、步骤s1，将铜盐溶于水中，配制成前驱体溶液a；
5、步骤s2，将还原剂溶于水中，配制成溶液b；所述还原剂为柠檬酸钠、聚乙二醇、葡萄糖中的一种或两种及以上的混合物；
6、步骤s3，对溶液b进行搅拌，阶梯式升温至60～120℃，滴加前驱体溶液a，反应20-40min，得到溶液c；其中，所述还原剂与铜盐的摩尔比为1:2～6，滴加的前驱体溶液a的温度低于15℃；所述阶梯式升温指先以不低于12℃/min的升温速率快速升温到50℃，然后以不超过8℃/min的升温速率缓慢升温到反应温度60～120℃；此处，保持快速升温和缓慢升温到达反应温度，以促进“爆炸性”形核。
7、步骤s4，向溶液c中加入碱，调整溶液的ph值为13～14，然后加入大分子链有机物稳定剂水溶液，得到深蓝色的混合溶液，将所述混合溶液在60～120℃下叠加超声反应5min～30min；待混合溶液由深蓝色变为绿色再转变成黑红色时，将其置于冷却介质或冷却环境中快速冷却至室温，得到悬浊液；其中，所述大分子链有机物稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮、牛血清蛋白、聚二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或两种及以上的混合物；
8、步骤s5，将所述悬浊液进行分离，清洗，干燥后得到cu/cuo纳米片束粉末。
9、其中，还原剂采用柠檬酸钠、聚乙二醇、葡萄糖等弱还原剂，这些还原剂的尾端结构上具有羟基，在特定ph值的反应环境和充足的反应时间下，可以将纳米cu/cuo沿着特定方向均匀生长，形成尺寸均一的纳米片束结构。而且采用这些弱还原剂可以通过优化反应条件来调控cuo和cu的相对含量和比例(而不仅是单一的纳米cu)，二则是能够控制有限地cu离子被还原，控制反应速率。
10、选择所述还原剂与铜盐的摩尔比为1:2～6，还原剂与铜盐的摩尔比大于1:2时，大量cu离子残留在反应溶液中，造成原料的浪费，同时在后续添加氢氧化钠溶液后，可能产生大量氢氧化铜沉淀物，混杂在纳米cu/cuo粉末中，降低产物的纯度；而当摩尔比小于1:6时，纳米cu/cuo粉末的纯度随着还原剂浓度的增加而变化不大，加入过多的还原剂，也会造成相应的浪费。采用聚乙烯吡咯烷酮、牛血清蛋白、聚二甲基二烯丙基氯化铵等大分子链有机物稳定剂，这些大分子链有机物稳定剂中含有的长疏水碳链产生较大的排斥力，形成空间位阻效应，有效阻止纳米粒子的聚集，降低了纳米cu或cuo的尺寸。同时含有的胺基/氨基部分具有一定的还原性，有利于提高还原速率。另外，上述稳定剂的选择还充分考虑了绿色化学的理念，稳定剂均为无毒的化学药品。
11、加入氢氧化钠溶液，调整溶液的ph值为13～14，其中氢氧根离子与铜盐中的铜离子形成氢氧化铜沉淀，抑制铜离子的大量电离，促进有限铜离子转变为铜原子，进而有利于形成尺寸均一、粒径细小的纳米cu/cuo。再结合超声、过冷滴加等条件，共同作用使得到的纳米cu/cuo尺寸均一、粒径细小。
12、采用此技术方案制备的cu/cuo纳米片束形貌尺寸均一、形貌可控，可以是棒状、纤维状、花状或刺状，而且成本低、产率高。
13、作为本专利技术的进一步改进，所述阶梯式升温为：以15℃/min左右速率快速升至50℃，再以5～8℃/min的速率缓慢升至60～120℃。
14、作为本专利技术的进一步改进，滴加的前驱体溶液a的温度低于10℃。
15、作为本专利技术的进一步改进，当还原剂为柠檬酸钠时，其与铜盐的摩尔比为1:3。
16、作为本专利技术的进一步改进，所述碱为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液等可以提供氢氧根离子的溶液。
17、作为本专利技术的进一步改进，步骤s3中，所述叠加超声的加载方式为高频脉冲横向加载。此技术方案借助超声波的声流效应和横向微机械振动作用，横向波振动可以快速到达反应容器两侧的圆弧薄壁，在非线性边界(圆弧薄壁)形成声波梯度和层流，大幅度提高反应速率和产物产率。
18、进一步优选地，超声频率为40～60khz，声强小于5w/cm2。合适的超声频率和超声强度能够借助声空化效应形成强烈的冲击波，产生大量细小的空化泡，并以这些空化泡作为形核质点，显著降低反应活化能，促进细小cu或cuo纳米片束的形成；过大的频率和强度将会破坏已经合成好的纳米cu/cuo的原始结构和原有形貌。
19、进一步优选地，每个脉冲下加载超声1～2s，空2～4s。加载时间不得连续加载20min以上，过长的连续加载时间容易导致超声头的损坏。
20、作为本专利技术的进一步改进，步骤s1中，所述铜盐为乙酸铜、乙烯丙酮化铜中的一种或两种的混合物；前驱体溶液a中，所述铜盐的摩尔浓度为0.05～0.2mol/l。采用此技术方案，乙酸铜和乙烯丙酮化铜中cu-o形成的配体结构使其具有良好的化学稳定性，在反应过程中能够抑制cu离子的电离速度，从而控制cu原子的形核和生长速率，并结合反应条件进一步控制纳米cu/cuo的尺寸和形貌。
21、作为本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水热还原制备Cu/CuO纳米片束的方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的水热还原制备Cu/CuO纳米片束的方法，其特征在于：步骤S3中，所述叠加超声的加载方式为高频脉冲横向加载，超声频率为40～60kHz，声强小于5W/cm2，每个脉冲下加载超声1～2s，空2～4s。
3.根据权利要求2所述的水热还原制备Cu/CuO纳米片束的方法，其特征在于：步骤S1中，所述铜盐为乙酸铜、乙烯丙酮化铜中的一种或两种的混合物；前驱体溶液A中，所述铜盐的摩尔浓度为0.05～0.2mol/L。
4.根据权利要求2所述的水热还原制备Cu/CuO纳米片束的方法，其特征在于：步骤S3中，采用阶梯式升温至60～80℃；滴加前驱体溶液A的滴加速度为0.5～0.8mL/min。
5.根据权利要求2所述的水热还原制备Cu/CuO纳米片束的方法，其特征在于：所述大分子链有机物稳定剂水溶液的质量浓度为2～8.5g/L。
6.根据权利要求2所述的水热还原制备Cu/CuO纳米片束的方法，其特征在于：所述冷却介质为冰水或冰盐水。
<...【技术特征摘要】
1.一种水热还原制备cu/cuo纳米片束的方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的水热还原制备cu/cuo纳米片束的方法，其特征在于：步骤s3中，所述叠加超声的加载方式为高频脉冲横向加载，超声频率为40～60khz，声强小于5w/cm2，每个脉冲下加载超声1～2s，空2～4s。
3.根据权利要求2所述的水热还原制备cu/cuo纳米片束的方法，其特征在于：步骤s1中，所述铜盐为乙酸铜、乙烯丙酮化铜中的一种或两种的混合物；前驱体溶液a中，所述铜盐的摩尔浓度为0.05～0.2mol/l。
4.根据权利要求2所述的水热还原制备cu/cuo纳米片束的方法，其特征在于：步骤s3中，采用阶梯式升温至60～80℃；滴加前驱体溶液a的滴加速度为0.5～0.8ml/min。
5.根据权利要求2所述的水热还原制备cu/cuo纳米片束的方法，其特征在于：所述大分子链有机物稳...
【专利技术属性】
技术研发人员：计红军，王秀琦，陆大世，潘浩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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