一種制備銅納米晶的方法技術

本發明專利技術的一種制備銅納米晶的方法屬于納米材料制備的技術領域。將氧化銅粉末、橄欖油裝入容器中混合攪拌，在氮氣保護下加熱，至黑色混合溶液轉變為棕紅色渾濁溶液，形成單質銅納米晶；用甲醇和丙酮混合溶液洗滌樣品，得到單分散的銅納米晶。本發明專利技術通過改變反應參數可以得到不同形貌和尺寸的銅納米晶；采用可供食用的橄欖油為溶劑和還原劑，產量大、價格低廉的氧化銅粉末為銅源，無毒且價格低廉；采用一步合成，制備的銅納米晶純度高、形貌均一、分散性好，有著良好的應用前景；具有不污染環境、可重復性高、生產周期短成本低、樣品結晶性好等優點，具有大規模生產銅納米晶的潛力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于納米材料制備的
，尤其涉及一種用綠色化學方法制備銅納米晶的方法。
技術介紹
金屬納米粒子是指組分相在形態上被縮小至納米程度的金屬顆粒。這種納米材料的原子和電子結構不同于化學成分相同的金屬粒子，具有表面活性高、容易被氧化等特點，在催化劑、潤滑劑、涂料涂層、硬質合金材料、航空航天材料等多方面有著廣泛的應用。銅作為一種典型的過渡金屬，由于其良好的性能而被廣泛研究。銅是一種重要的金屬材料，金屬中的導電性僅次于銀，但其價格比銀低得多，因而廣泛用于電子行業。此外，還可廣泛應用于催化、冶金、涂料、樹脂、潤滑油和熱傳導等方面。目前制備金屬納米銅的方法主要有化學還原法、電極法、沉積法、蒸鍍法、機械研磨法等，這些制備方法有些技術要求高、設備昂貴，有些工藝復雜、對環境污染較大，有些需要較長的反應時間、較高的溫度和壓力以及特殊的反應裝置，致使生產成本較高。與本專利技術相近的現有技術是名稱為“多面體銅納米顆粒的制備方法”(申請號201210361665.6)的專利技術專利申請。以氧化銅粉為原料，油酸為配體，十八烯為溶劑，油胺為還原劑，采用化學還原法制備銅納米顆粒。由于具有設備簡單、產量大、工藝流程短、易工業化生產等優點，而且在制備過程中通過添加表面活性劑可以對納米晶起到修飾保護的作用，從而可以得到廣泛應用。但是化學還原法還存在下述問題，例如通常需要有機配體，這些有機配體的合成過程繁雜且不易獲得，所以價格昂貴；甚至很多有機配體有毒而導致環境污染。因此，探索高效且環境友好的合成方法來制備銅納米晶成為了有重要意義的研究課題。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，克服
技術介紹
的制備銅納米晶的反應中有機配體價格高、污染環境等技術問題，提供一種綠色的、簡單的制備銅納米晶的方法，采用無毒、價格低廉的橄欖油為溶劑和還原劑，產量大、價格低廉的氧化銅粉末為銅源，合成尺寸和形貌可控的銅納米晶，且得到的銅納米晶具有很好的分散性和結晶性。本專利技術采用的技術方案如下:，將氧化銅粉末、橄欖油裝入容器中混合攪拌，在氮氣保護下加熱，至黑色混合溶液轉變為棕紅色渾濁溶液，形成單質銅納米晶；用甲醇和丙酮混合溶液洗滌樣品，得到單分散的銅納米晶；其中氧化銅粉末和橄欖油的摩爾體積比為0.025 0.07mmol/mL。加熱至黑色混合溶液轉變為棕紅色渾濁溶液后，還可以反應O 6小時，再用甲醇和丙酮混合溶液洗滌樣品，得到單分散的銅納米晶。加熱至黑色混合溶液轉變為棕紅色渾濁溶液后，還可以繼續加熱到260 330°C共反應O 6小時，再用甲醇和丙酮混合溶液洗滌樣品，得到單分散的銅納米晶。所述的甲醇和丙酮混合溶液，可以是甲醇和丙酮體積比為1:1的混合溶液。控制本專利技術的制備條件可以得到均一的立方體銅納米晶，即，在氧化銅粉末和橄欖油的摩爾體積比0.05mmol/mL條件下，加熱至黑色混合溶液轉變為棕紅色渾濁溶液后，并在270°C下反應10 60分鐘，得到均一的立方體銅納米晶，平均尺寸為18 28納米。一般的,加熱到260 280°C,黑色混合溶液就可以轉變為棕紅色渾濁溶液。顏色改變的溫度與氧化銅粉末、橄欖油的比例有關。本專利技術可以通過控制反應時間、反應溫度、氧化銅粉末和橄欖油的摩爾體積比調節銅納米晶的形貌和尺寸。比如，在反應溫度270°C、氧化銅粉末和橄欖油的摩爾體積比0.05mmol/mL條件下，當反應時間為10分鐘時，得到的銅納米晶為均一的立方體，尺寸約為18.6納米；當反應時間為I小時時，得到的銅納米晶仍為立方體，尺寸約為27.8納米；當反應時間進一步延長至2小時、4小時時，得到的產品中銅立方體的比例逐漸降低，多面體及類球形銅納米晶的比例逐漸升高，其平均尺寸分別為29.7納米和30.4納米；當反應時間為6小時時，得到的產品多為類球形的銅納米晶，平均尺寸約為31.5納米。在反應時間為30分鐘、氧化銅粉末和橄欖油的摩爾體積比0.05mmol/mL條件下，當反應溫度為270-280°C時得到的銅納米晶為均一的立方體；當反應溫度為320-330°C時得到的產品是 銅納米棒與無規則銅納米晶的混合物。在反應時間和反應溫度相同的條件下，氧化銅粉末和橄欖油的摩爾體積比為0.07mmol/mL時，可以得到的樣品是銅納米棒與無規則銅納米晶的混合物；氧化銅粉末和橄欖油的摩爾體積比為0.025mmol/mL時，可以得到的樣品是多面體銅納米晶。與現有的方法相比，本專利技術提供的銅納米晶的制備方法的優點在于:提供了一種綠色的簡單方法，并且通過改變反應參數可以得到不同形貌和尺寸的銅納米晶。本專利技術采用可供食用的橄欖油為溶劑和還原劑，產量大、價格低廉的氧化銅粉末為銅源，無毒且價格低廉；采用一步合成，簡化了生產工藝，并且所制備的銅納米晶純度高、形貌均一、分散性好，有著良好的應用前景。此外，該方法由于具有不污染環境、可重復性高、生產周期短成本低、樣品結晶性好等優點，具有大規模生產銅納米晶的潛力。附圖說明圖1是實施例1反應溫度270°C、生長時間為10分鐘時獲得的銅納米立方體的透射電鏡圖。圖2是圖1的銅納米立方體的高分辨透射電鏡圖。圖3是實施例1不同反應時間得到樣品的X射線時間演化圖譜。圖4是實施例1生長時間為I小時時獲得的銅納米晶的透射電鏡圖。圖5是實施例1生長時間為2小時時獲得的銅納米晶的透射電鏡圖。圖6是實施例1生長時間為4小時時獲得的銅納米晶的透射電鏡圖。圖7是實施例1生長時間為6小時時獲得的銅納米晶的透射電鏡圖。圖8是實施例2獲得的銅納米晶的透射電鏡圖。圖9是實施例3氧化銅粉末和橄欖油的摩爾體積比為0.07mmol/mL時獲得的銅納米晶的透射電鏡圖。圖10是實施例4氧化銅粉末和橄欖油的摩爾體積比為0.025mmol/mL時獲得的銅納米晶的透射電鏡圖。具體實施例方式合成銅納米晶的過程是在氮氣保護，即無氧的條件下進行的，可以在如專利申請號201210361665.6給出的能提供無氧的Schlenk系統中進行。實施例1合成立方體銅納米晶的過程取0.016g氧化銅粉末、4mL橄欖油(氧化銅粉末和橄欖油的摩爾體積比為0.05mmol/mL)裝進50mL的三頸瓶中，將中間口連接到Schlenk系統，通入氮氣，將三頸瓶內的空氣置換掉，使三頸瓶內充滿氮氣，之后將三頸瓶的兩側口用膠塞塞住。再將熱電偶從三頸瓶的側口插到液面下，加 熱并且攪拌，溫度升高至270°C時黑色混合溶液轉變為棕紅色渾濁溶液，形成銅納米晶。以此為銅納米晶的生長起點，在不同生長時間提取樣品自然冷卻至室溫，用體積比1:1的甲醇和丙酮混合溶液洗滌，最后均可以得到銅納米晶。將生長時間為10分鐘的樣品進行表征。圖1是生長時間為10分鐘時得到的銅納米晶，為立方體，經統計平均粒徑為18.6納米。圖2是單個立方體銅納米晶的高分辨電鏡圖片，從圖中我們可以得到Cu立方體的晶格條紋間距為0.181nm，這和面心立方銅的(200)晶面的面間距一致，說明此時得到的銅納米立方體是由{100}面組成的。圖3給出了不同時間得到樣品的X射線衍射圖譜，通過和標準的XRD圖譜的比對，制備出的銅納米晶具有面心立方結構，JCPDSN0.85-1326。XRD譜圖中的衍射峰位在2 Θ =43.5，50.6，和74.3，分別與面心立方(f cc )結構銅(111)，( 200 )，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制備銅納米晶的方法，將氧化銅粉末、橄欖油裝入容器中混合攪拌，在氮氣保護下加熱，至黑色混合溶液轉變為棕紅色渾濁溶液，形成單質銅納米晶；用甲醇和丙酮混合溶液洗滌樣品，得到單分散的銅納米晶；其中氧化銅粉末和橄欖油的摩爾體積比為0.025～0.07mmol/mL。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄒勃，張品華，隋永明，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：