一种不同长径比纳米铜线及其合成方法与流程

本发明属于纳米材料的技术领域，具体指一种不同长径比纳米铜线及其合成方法。

背景技术：

纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米级（1~100nm）尺寸的材料。相对于宏观材料，尺寸上的变化也伴随着性质的改变。因此，纳米材料具有许多特异性的物理化学性质，如：力学、光学、电学和热学性能，截然不同于块体材料以及原子组成的微观材料的性能。在介观的纳米体系中，人们已经观察到数个新的效应，包括表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应。纳米材料尺寸较小，比表面积较大，材料表面电子分布的差异性以及内部外部的差异性，使其在催化应用方面前景远大。因此，对制备纳米铜线的研究越来越多。尽管在纳米铜线的合成研究中，已经取得了一定的成果，但是仍有许多“瓶颈”阻碍了该领域的发展。例如，无法准确控制纳米铜线的微观结构；影响纳米铜线尺寸可控构筑的关键因素等缺乏指导性的理论研究。因此，系列性的研究纳米铜线尺寸可控构筑与其催化性能构效关系，具有重要的意义。

由于纳米材料具有广泛的应用前景，纳米材料的制备方法是国内外专家学者研究的热点。目前市场对纳米材料的制备要求生产成本低，工艺简单，生产绿色环保。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术问题之一，而提出一种不同长径比纳米铜线及其合成方法。

本发明首先提供一种不同长径比纳米铜线，所述纳米铜线的长径比为8-30:1。

本发明还提供一种不同长径比纳米铜的合成方法，包括如下步骤：

按一定配比将cuso4·5h2o溶液和naoh溶液加入反应器皿中，搅拌混合；

其中，所述cuso4·5h2o溶液和naoh溶液的浓度比为1:20-1:40；所述cuso4·5h2o溶液和naoh溶液的体积比为1:0.5-1:2。

将一定量的导向剂加入得到的混合溶液中；

其中，所述的cuso4·5h2o与导向剂的摩尔比为：1:60-1:80；所述的导向剂为甲胺。本发明中的导向剂主要诱导纳米铜线的生长方向，控制纳米铜线的尺寸（长径比）。尺寸不同相应的会影响纳米铜线的催化活性，即尺寸与催化活性的构效关系。

将反映器皿放入水浴中，搅拌混合反应一定时间后，再升温至反应温度；

其中，所述将反映器皿放入水浴中时，水浴温度为30℃；所述的搅拌混合时间为0.5-8小时；反应温度为60-80℃。

将水合肼溶液逐滴滴加至上述反应溶液中，滴加完毕停止反应，经过滤、洗涤后，将反应产物保存在于无水乙醇溶液中。

其中，所述的cuso4·5h2o与水合肼的摩尔比为1:15-1:35；所述水合肼溶液的滴加速度为：10-30ml/h。

其中，所述的离心洗涤速率为9000转/分钟。

本发明采用是湿化学还原法，首先利用还原剂将铜离子还原制备成粒径小的铜晶粒，然后在甲胺导向剂的作用下进行融合生长，最终形成多晶结构的纳米铜线。

本发明的有益效果为：

（1）该方法在水溶液中进行，无需有机溶剂。

（2）该方法实验操作容易简单，原料成本低，产率高。

（3）该方法制备的长径比为8:1-30:1的纳米铜线，纳米铜线尺寸不同，物理、化学性质会不同，会有尺寸效应，满足实际的需求。

附图说明：

图1为实施例1所得纳米铜线的sem图。

图2为实施例2所得纳米铜线的sem图。

图3为实施例3所得纳米铜线的sem图。

具体实施方式

以下为本发明的实施例，能够更好地理解本发明，但本发明的实施例不限于此，同时其所示数据不代表对本发明特征范围的限制。

实施例1：

(1)称取1.87g的硫酸铜（cuso4•5h2o）和6g的氢氧化钠（naoh）溶于去离子水中，分别配制成0.15mol•l^-1和3mol•l^-1的水溶液；

(2)将硫酸铜和氢氧化钠溶液按照1:0.5的体积比，分别加入10ml硫酸铜溶液、5ml氢氧化钠溶液至100ml圆底烧瓶中，以10转/分钟的速度搅拌混合，按配比再加入17ml甲胺(浓度为25%-30%)溶液于其中；

(4)将圆底烧瓶放入30℃的水浴中，搅拌反应0.5小时后，升温至60℃；

(5)以10ml/小时的流速将50ml的0.45mol/l水合肼溶液滴加入上述溶液中，滴加完毕，停止反应；

(6)用无水乙醇将反应产物在离心速率为9000转/分钟速率下洗涤10次，反应产物保存在无水乙醇中。

产物纳米铜线性质见附图1、表1。

图1为实施例1实验条件下制备的纳米铜线的sem图。从图上发现，在该实施例条件下，制备的纳米铜由纳米铜线与纳米铜颗粒组成，其中纳米铜线与纳米铜颗粒数量比为2:1，其中纳米铜线的长径比为30:1，纳米铜颗粒的平均粒径为220nm。

实施例2：

(1)称取1.87g的硫酸铜（cuso4•5h2o）和9g的氢氧化钠（naoh）溶于去离子水中，分别配制成0.15mol•l^-1和4.5mol•l^-1的溶液；

(2)将硫酸铜和氢氧化钠溶液按照1:1的体积比，分别加入10ml硫酸铜溶液、10ml氢氧化钠溶液至100ml圆底烧瓶中，以15转/分钟的速度搅拌混合，按配比再加入19ml甲胺（浓度25%-30%）溶液于其中；

(4)将圆底烧瓶放入30℃的水浴中，搅拌反应2小时后，升温至70℃；

(5)以15ml/小时的流速将50ml的0.75mol/l水合肼溶液滴加入上述溶液中，滴加完毕，停止反应；

(6)用无水乙醇将反应产物在离心速率为9000转/分钟速率下洗涤10次，反应产物保存在无水乙醇中。

产物纳米铜线性质见附图2、表1。

图2为实施例2实验条件下制备的纳米铜线的sem图。对比实施例1，在该实施例条件下，制备的纳米铜的形貌主要为线状，只有少量球形颗粒，表明浓度配比对颗粒形貌有重要影响，其中纳米铜线的长径比为25:1，纳米铜颗粒的平均粒径为170nm。

实施例3：

(1)称取1.87g的硫酸铜（cuso4•5h2o）和12g的氢氧化钠（naoh）溶于去离子水中，分别配制成0.15mol•l^-1和6mol•l^-1的溶液；

(2)将硫酸铜和氢氧化钠溶液按照1:2的体积比，分别加入10ml硫酸铜溶液、20ml氢氧化钠溶液至100ml圆底烧瓶中，以20转/分钟的速度搅拌混合，按配比再加入22ml甲胺（浓度为25%-30%）溶液于其中；

(4)将圆底烧瓶放入30℃的水浴中，搅拌反应8小时后，升温至80℃；

(5)以30ml/小时的流速将50ml的1.05mol/l水合肼溶液滴加入上述溶液中，滴加完毕，停止反应；

(6)用无水乙醇将反应产物在离心速率为9000转/分钟速率下洗涤10次，反应产物保存在无水乙醇中。

产物纳米铜线性质见附图3、表1。

图3为实施例3实验条件下制备的纳米铜线的sem图。对比实施例1、2，在该实施例条件下，线状纳米铜由球形颗粒构成，其中纳米铜线的长径比为8:1，纳米铜颗粒的平均粒径为150nm。

同时，通过表1也可以看出，甲胺的浓度对纳米铜颗粒的尺寸、形貌有重要影响，甲胺在溶液中浓度必须控制在一定范围之内，否则无法制备出预期的铜线。

实施例4：

分别称取0.28g以甲胺作为导向剂反应2h时制备的纳米铜线与球形纳米铜颗粒分别加入油漆（常规市售、颜色不限）中，将其混合均匀铺平，自然晾干6h后，用rts-8型四探针测试仪测的其方阻分别为1463.2kω/□和1980.2kω/□，结果表明纳米铜线的存在下提高了铜的导电性能。同时，将制备的不同长径比的纳米铜线分散于油漆中，经测试分析发现，随着纳米铜线的长径比的增加其导电性能也随之得到提高。当选用30%(这里指的是加入的纳米铜线在纳米铜线和油漆混合溶液的质量占比)的长径比为30:1的纳米铜线进行测试分析时，其方阻仅为350kω/□。

表1.不同条件下制备的纳米铜样品的尺寸