一种球形氧化铜纳米颗粒及其制备方法

摘要

一种球形氧化铜纳米颗粒及其制备方法，属于纳米新材料制备技术领域。制备过程如下：将0.1‑20毫米的Cu金属基片打磨2‑24小时，后在丙酮和无水乙醇中分别超声1‑48小时，再用高纯氮气吹扫1‑3小时；然后该Cu金属基片在150–300℃的混合气体（体积比例：干燥空气50‑80%；氧气45‑15%；干燥高纯氮气5%）里加热3‑60小时，在升温时，开始的速率为0.5‑5℃/分钟，升至120℃时停留0.2‑1.5小时，再以0.2‑2℃/分钟升温；降温时，先在干燥高纯氮气中以0.2‑2℃/分钟降到130℃，再以0.4‑4℃/分钟在干燥空气中降到室温，最后清洗、干燥后，即可在基片上获得球形的氧化铜纳米颗粒。该颗粒的直径在20~494纳米之间。该制备过程简单，廉价环保，具有较大前景。

权利要求

1.一种球形氧化铜纳米颗粒的制备方法，其特征在于：首先将Cu金属基片打磨2-24小时，接着在丙酮和无水乙醇中分别超声1-48小时，后用高纯氮气吹扫1-3小时；然后该Cu金属基片在150–300℃的混合气体里加热3-60小时，该混合气体体积比例中干燥空气占50-

80％、氧气占45-15％、干燥高纯氮气占5％；在升温过程时，刚开始的速率为0.5-5℃/分钟，升至120℃时停留0.2-1.5小时，后以0.2-2℃/分钟升温；降温时，在干燥的高纯氮气中降温，先以0.2-2℃/分钟降温到130℃，然后以0.4-4℃/分钟在干燥空气中降到室温，最后清洗、干燥后，即可在基片上获得球形的氧化铜纳米颗粒。

说明书

一种球形氧化铜纳米颗粒及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于纳米新材料制备技术领域，具体涉及一种铜金属基原位自生长的球形氧化铜纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

[0002] CuO 是一种多功能的无机材料，在印染、陶瓷、玻璃及医药等领域具有较广泛的应用。其中纳米CuO材料在生物医药、传感器、超导材料、热导材料和催化材料领域具有良好的应用前景。

[0003] 目前，氧化铜纳米材料的常规制备方法包括溶剂热法、热解法、微波法、湿化学法、磁控溅射法和固液反应法等。其中肖廷等人使用超声波辅助球磨机对蒸馏水和铜粉的混合物进行球磨，制得了纳米氧化铜颗粒，所制备的纳米氧化铜颗粒的平均直径分布在20 nm左右。龚良玉等人利用锯末为模板，采用浸渍-煅烧法制备了直径为 12 nm左右的单斜晶系的氧化铜纳米颗粒。以上CuO纳米材料的制备方法制备成本较高，获得的纳米颗粒外形不规则。因此，为制备低成本的球形CuO纳米颗粒，需要引入新颖、绿色、简便的工艺技术。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种球形氧化铜纳米颗粒及其制备方法。本发明所述的球形氧化铜纳米颗粒是在Cu金属基片上原位生长而成，主要成分为CuO，该CuO纳米颗粒直径分布在20  494 nm。~

[0005] 本发明的球形氧化铜纳米颗粒，可以在150–300℃的混合气体中进行制备，通过调节前处理方式、加热的温度和时间、升温和降温的速率、混合气体的体积比例等获得不同直径的球形CuO纳米颗粒。所制备的球形CuO纳米颗粒直径分布在20  494 nm（见实施例1   ~ ~8），并且分散均匀，单分散性好。

[0006] 本发明所述的球形氧化铜纳米颗粒具有如下特点：前处理简单，原料便宜，后处理方便，所制备的纳米颗粒形状规则。

[0007] 所述的Cu金属基片，按质量百分数计，含Cu> 99.0%，0

[0008] 本发明所述的一种球形氧化铜纳米颗粒的制备方法，其步骤如下：

[0009] （1）将Cu金属基片打磨2-24小时，接着在丙酮和无水乙醇中分别超声1-48小时，后用高纯氮气吹扫1-3小时；

[0010] （2）然后该Cu金属基片在150–300℃的混合气体（体积比例为：干燥的空气50-80%；氧气45-15%；干燥的高纯氮气5%）里加热3-60小时，在升温过程时，刚开始的速率为0.5-5℃/分钟，升至120℃时停留0.2-1.5小时，后以0.2-2℃/分钟升温；

[0011] （3）降温时，在干燥的高纯氮气中降温，先以0.2-2℃/分钟降温到130℃，然后以0.4-4℃/分钟在干燥空气中降到室温，最后清洗、干燥后，即可在基片上获得球形的氧化铜纳米颗粒。

[0012] 球形氧化铜纳米颗粒材料，可以通过调节前处理方式、加热的温度和时间、升温和降温的速率、混合气体的体积比例等获得不同直径的球形CuO纳米颗粒。

[0013] 本发明的球形氧化铜纳米颗粒有以下几个优点：

[0014] 原料铜基底前处理绿色环保，制备过程简便，原位一步合成，制备过程无污染，原料简单，成本低廉。该球形CuO纳米颗粒将在生物医药、传感器、超导材料、热导材料和催化材料领域具有较大的应用前景。

附图说明

[0015] 图1：球形氧化铜纳米颗粒示意图。

[0016] 图2：球形氧化铜纳米颗粒（对应于实施例1）的电子能谱图，由图上可看出，该球形纳米颗粒的组成元素为Cu和O，即成分为CuO。其余实施例所制备的球形纳米颗粒的成分与实施例1类似，也为CuO。

[0017] 图3：球形氧化铜纳米颗粒（对应于实施例1）表面利用X射线光电子能谱分析仪所得的表面 Cu2p谱图，所得结合能数据选用 C1s 的结合能（284.8 eV）作为参比。从图 3中可以看出, 在结合能为 933.9 eV 处的强峰, 可归属为 Cu 的 2p3/2 峰，且图中包含明显的 Shakeup 峰（Shakeup 峰结合能位于 941 eV 附近）， 表明所测的球形氧化铜纳米颗粒中铜元素的化学状态为 Cu2 +， 即也证明了纳米颗粒的成分为CuO。其余实施例所制备的球形纳米颗粒的XPS图与实施例1类似，即证明纳米颗粒的成分为CuO。

[0018] 图4：球形氧化铜纳米颗粒（对应于实施例1）的X射线衍射图，从图中可以看出, 产物的所有衍射峰均可标定为单斜晶系的 CuO，与标准图谱JCPDS 45-0937 相吻合, 无任何杂质的衍射峰出现。其余实施例所制备的球形纳米颗粒的X射线衍射图与实施例1类似，即证明纳米颗粒为单斜CuO结构。

[0019] 图5：在不同反应条件下所得的球形氧化铜纳米颗粒的电镜图，由图上可看出，图a对应实施例1，所得的球形氧化铜纳米颗粒直径主要分布在85  161nm；图b对应实施例2，所~得的球形氧化铜纳米颗粒直径主要分布在89  175 nm；图c对应实施例3，所得的球形氧化~
铜纳米颗粒直径主要分布在97  180 nm； 图d对应实施例4，所得的球形氧化铜纳米颗粒直~
径主要分布在88  172 nm；图e对应实施例5，所得的球形氧化铜纳米颗粒直径主要分布在~
94  178 nm；图f对应实施例6，所得的球形氧化铜纳米颗粒直径主要分布在100 190 nm。
~ ~

具体实施方式

[0020] 实施例1：球形氧化铜纳米颗粒的制备

[0021] （1）将厚度为0.3mm的Cu金属基片打磨10小时，接着在丙酮和无水乙醇中分别超声8小时，后用高纯氮气吹扫2小时；

[0022] （2）将处理后的Cu金属基片在200℃的混合气体（体积比例为：干燥的空气60%；氧气35%；干燥的高纯氮气5%）里加热18小时，在升温过程时，刚开始的速率为0.5℃/分钟，升至120℃时停留0.2小时，后以1℃/分钟升温；

[0023] （3）降温时，在干燥的高纯氮气中降温，先以0.4℃/分钟降温到130℃，然后以0.6℃/分钟在干燥空气中降到室温，最后清洗、干燥后，即可在基片上获得球形的氧化铜纳米颗粒。

[0024] 该颗粒的直径主要分布在85  161nm之间。~

[0025] 实施例2：球形氧化铜纳米颗粒的制备

[0026] （1）将厚度为0.3mm的Cu金属基片打磨10小时，接着在丙酮和无水乙醇中分别超声8小时，后用高纯氮气吹扫2小时；

[0027] （2）将处理后的Cu金属基片在200℃的混合气体（体积比例为：干燥的空气60%；氧气35%；干燥的高纯氮气5%）里加热22小时，在升温过程时，刚开始的速率为0.5℃/分钟，升至120℃时停留0.2小时，后以1℃/分钟升温；

[0028] （3）降温时，在干燥的高纯氮气中降温，先以0.4℃/分钟降温到130℃，然后以0.6℃/分钟在干燥空气中降到室温，最后清洗、干燥后，即可在基片上获得球形的氧化铜纳米颗粒。

[0029] 该颗粒的直径主要分布在89  175 nm之间。~

[0030] 实施例3：球形氧化铜纳米颗粒的制备

[0031] （1）将厚度为0.3mm的Cu金属基片打磨10小时，接着在丙酮和无水乙醇中分别超声8小时，后用高纯氮气吹扫2小时；

[0032] （2）将处理后的Cu金属基片在200℃的混合气体（体积比例为：干燥的空气60%；氧气35%；干燥的高纯氮气5%）里加热26小时，在升温过程时，刚开始的速率为0.5℃/分钟，升至120℃时停留0.2小时，后以1℃/分钟升温；

[0033] （3）降温时，在干燥的高纯氮气中降温，先以0.4℃/分钟降温到130℃，然后以0.6℃/分钟在干燥空气中降到室温，最后清洗、干燥后，即可在基片上获得球形的氧化铜纳米颗粒。

[0034] 该颗粒的直径主要分布在97  180 nm之间。~

[0035] 实施例4：球形氧化铜纳米颗粒的制备

[0036] （1）将厚度为0.3mm的Cu金属基片打磨10小时，接着在丙酮和无水乙醇中分别超声8小时，后用高纯氮气吹扫2小时；

[0037] （2）将处理后的Cu金属基片在220℃的混合气体（体积比例为：干燥的空气60%；氧气35%；干燥的高纯氮气5%）里加热18小时，在升温过程时，刚开始的速率为0.5℃/分钟，升至120℃时停留0.2小时，后以1℃/分钟升温；

[0038] （3）降温时，在干燥的高纯氮气中降温，先以0.4℃/分钟降温到130℃，然后以0.6℃/分钟在干燥空气中降到室温，最后清洗、干燥后，即可在基片上获得球形的氧化铜纳米颗粒。

[0039] 该颗粒的直径主要分布在88  172 nm之间。~

[0040] 实施例5：球形氧化铜纳米颗粒的制备

[0041] （1）将厚度为0.3mm的Cu金属基片打磨10小时，接着在丙酮和无水乙醇中分别超声8小时，后用高纯氮气吹扫2小时；

[0042] （2）将处理后的Cu金属基片在220℃的混合气体（体积比例为：干燥的空气60%；氧气35%；干燥的高纯氮气5%）里加热22小时，在升温过程时，刚开始的速率为0.5℃/分钟，升至120℃时停留0.2小时，后以1℃/分钟升温；

[0043] （3）降温时，在干燥的高纯氮气中降温，先以0.4℃/分钟降温到130℃，然后以0.6℃/分钟在干燥空气中降到室温，最后清洗、干燥后，即可在基片上获得球形的氧化铜纳米颗粒。

[0044] 该颗粒的直径主要分布在94  178 nm之间。~

[0045] 实施例6：球形氧化铜纳米颗粒的制备

[0046] （1）将厚度为0.3mm的Cu金属基片打磨10小时，接着在丙酮和无水乙醇中分别超声8小时，后用高纯氮气吹扫2小时；

[0047] （2）将处理后的Cu金属基片在220℃的混合气体（体积比例为：干燥的空气60%；氧气35%；干燥的高纯氮气5%）里加热26小时，在升温过程时，刚开始的速率为0.5℃/分钟，升至120℃时停留0.2小时，后以1℃/分钟升温；

[0048] （3）降温时，在干燥的高纯氮气中降温，先以0.4℃/分钟降温到130℃，然后以0.6℃/分钟在干燥空气中降到室温，最后清洗、干燥后，即可在基片上获得球形的氧化铜纳米颗粒。

[0049] 该颗粒的直径主要分布在100 190 nm之间。~

[0050] 实施例7：球形氧化铜纳米颗粒的制备

[0051] （1）将厚度为0.1mm的Cu金属基片打磨2小时，接着在丙酮和无水乙醇中分别超声1小时，后用高纯氮气吹扫1小时；

[0052] （2）将处理后的Cu金属基片在150℃的混合气体（体积比例为：干燥的空气50%；氧气45%；干燥的高纯氮气5%）里加热3小时，在升温过程时，刚开始的速率为0.5℃/分钟，升至120℃时停留0.2小时，后以0.2℃/分钟升温；

[0053] （3）降温时，在干燥的高纯氮气中降温，先以0.2℃/分钟降温到130℃，然后以0.4℃/分钟在干燥空气中降到室温，最后清洗、干燥后，即可在基片上获得球形的氧化铜纳米颗粒。

[0054] 该颗粒的直径主要分布在20  122 nm之间，铜基底上生长的球形氧化铜纳米颗粒~不明显。

[0055] 实施例8：球形氧化铜纳米颗粒的制备

[0056] （1）将厚度为20mm的Cu金属基片打磨24小时，接着在丙酮和无水乙醇中分别超声48小时，后用高纯氮气吹扫3小时；

[0057] （2）将处理后的Cu金属基片在300℃的混合气体（体积比例为：干燥的空气80%；氧气15%；干燥的高纯氮气5%）里加热60小时，在升温过程时，刚开始的速率为5℃/分钟，升至120℃时停留1.5小时，后以2℃/分钟升温；

[0058] （3）降温时，在干燥的高纯氮气中降温，先以2℃/分钟降温到130℃，然后以4℃/分钟在干燥空气中降到室温，最后清洗、干燥后，即可在基片上获得球形的氧化铜纳米颗粒。

[0059] 该颗粒的直径主要分布在132  494 nm之间，该铜基底上生长的球形氧化铜纳米~颗粒膜层有明显裂痕。

[0060] 以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。