一种星状自组装结构氧化铜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于自组装材料制备领域，涉及一种对酒精具有良好气敏性能的星状自组装结构氧化铜纳米材料制备及应用。
【背景技术】
[0002]在金属氧化物半导体材料中，CuO是典型P型半导体材料的代表材料。因其禁带宽度可控制在1.2-1.9eV (与结构及形貌相关)，是少数可被可见光波段激发的半导体材料，并具有良好的光电磁热以及抗菌性能，在生物医药、光催化、环境治理、电池电极等、气敏传感器等方面具有广泛的应用，此外，CuO还具有制备简单、成本低廉、绿色无毒的优点，在产业领域的应用前景良好。
[0003]因CuO纳米材料形貌和尺寸大小对其宏观的物理化学性质影响巨大，使得其适用于不同的领域。因此制备形貌和尺寸可控的CuO微纳米材料受到研究人员的广泛关注。
[0004]2008年，Teng F等人制备了花状结构的CuO用于光催化，(Synthesis offlower-like CuO nanostructures as a sensitive sensor for catalysis,Sensors andActuators B: Chemical.2008; 134(2): 761-8.)。
[0005]2010年，Zhang F等人制备了纳米片结构的CuO，并用于H2S气体的检测。(CuOnanosheets for sensitive and selective determinat1n of H2S with high recoveryabiIityThe Journal of Physical Chemistry C.2010; 114(45):19214-9)。
[0006]2012年，Qin Y等采用制备了多孔球状结构的CuO颗粒，(Hierarchicallyporous CuO hoilow spheres fabricated via a one-pot template-free methodfor high-performance gas sensors[J].The Journal of Physical Chemistry
C,2012, 116(22): 11994-12000)。此外，Xu L.等人采用化学沉淀法制备了海胆状纳米氧化铜；Xiang J.Y等采用水热法制备了不同形貌的分级自组装结构。在现有的制备工艺中，表面活性剂和模板的使用使得制备成本提高并给后续使用造成麻烦。
【发明内容】
[0007]为克服现有技术的不足，本发明提供一种具有良好气敏性能的星状自组装结构氧化铜的制备方法，该方法制备过程中未使用任何活性剂和模板，操作方法简单，成本低廉。
[0008]一种星状自组装结构氧化铜纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
(1)将5mmol的可溶性铜盐溶于一定量的去离子水中，缓慢加入10-15mmol氢氧化钠NaOH，在室温下采用磁力搅拌30分钟使其充分溶解；
(2)将(I)步骤中的溶液体系转移至水热反应釜中，在180-200°C下反应10-12小时；
(3)将步骤(2)中反应后的沉淀产物离心提纯后用乙醇和去离子水洗涤3次，在真空干燥箱中于60°C下干燥6小时。即可制得对酒精具有良好气敏响应性能的星状自组装结构氧化铜纳米材料。
[0009]所述5mmol铜盐溶于的去离子水为40_50毫升。
[0010]所述可溶性铜盐为硝酸铜Cu(NO3)2或氯化铜CuCl 2中的一种。
[0011]步骤(I)所述磁力搅拌的转速应控制在200-1000r/min。
[0012]步骤(3)所述离心提纯的转速控制在2500_6000r/min。
[0013]与现有技术，本发明的有益效果是:
应用本发明的方法能够快速、稳定地得到星状自组装结构的氧化铜材料，重复性高，所需的原料丰富并且无废弃物产生。所制备的氧化铜对乙醇气体具有良好的响应值和选择性。
【附图说明】
[0014]图1:本发明实施例1样品对不同浓度乙醇的响应灵敏度。
[0015]图2:本发明实施案例I样品的扫描电镜图片。
[0016]图3:本发明实施案例I样品的xrd谱图。
【具体实施方式】
[0017]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0018]实施例1:
将5mmol的硝酸铜Cu (NO3) 2溶于40mL的去离子水中，缓慢加入1mmol氢氧化钠NaOH，在室温下采用磁力搅拌30分钟，使其充分溶解。将搅拌好的溶液转移至水热反应釜中，在200°C下反应10小时。将反应沉淀产物离心提纯后用乙醇和去离子水洗涤3次，在真空干燥箱中于60°C下干燥6小时，所得粉末即为星状自组装结构的CuO。附图2为该实施案例的扫描图片，图中可看到该星状CuO结构的枝蔓经小片组装后再次自组装为星状结构。附图3为该产物的XRD图谱。
[0019]实施例2:
将5mmol的氯化铜CuCl2溶于50mL的去离子水中，缓慢加入1mmol氢氧化钠NaOH，在室温下采用磁力搅拌30分钟，使其充分溶解。将搅拌好的溶液转移至水热反应釜中，在200°C下反应10小时。将反应沉淀产物离心提纯后用乙醇和去离子水洗涤3次，在真空干燥箱中于60 °C下干燥6小时，所得粉末即为星状自组装结构的CuO。
[0020]实施例3:
将5mmol的硝酸铜Cu (NO3) 2溶于40mL的去离子水中，缓慢加入15mmol氢氧化钠NaOH，在室温下采用磁力搅拌30分钟，使其充分溶解。将搅拌好的溶液转移至水热反应釜中，在180°C下反应12小时。将反应沉淀产物离心提纯后用乙醇和去离子水洗涤3次，在真空干燥箱中于60 °C下干燥6小时，所得粉末即为星状自组装结构的CuO。
[0021]实施例4:
将5mmol的氯化铜CuCl2溶于50mL的去离子水中，将5mmol的硝酸铜Cu(NO3)2溶于40mL的去离子水中，缓慢加入15mmol氢氧化钠NaOH，在室温下采用磁力搅拌30分钟，使其充分溶解。将搅拌好的溶液转移至水热反应釜中，在180°C下反应12小时。将反应沉淀产物离心提纯后用乙醇和去离子水洗涤3次，在真空干燥箱中于60°C下干燥6小时，所得粉末即为星状自组装结构的CuO。
[0022]将实施案例1-4所获得的氧化铜粉末与少量乙醇通过搅拌方法制备成具有一定粘度的原料，将制备好的原料均匀涂覆到气敏载体上，将陶瓷管放入烘箱，60摄氏度干燥2 h，然后将陶瓷管400°C烧结I h.然后用焊锡将加热丝和陶瓷管焊接到测量底座上，250°C老化48 h后制成气敏检测器件，附图1给出了实施案例I样品对不同浓度酒精的响应灵敏度。
【主权项】
1.一种星状自组装结构氧化铜纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将5mmol的可溶性铜盐溶于一定量的去离子水中，缓慢加入10-15mmol氢氧化钠NaOH，在室温下采用磁力搅拌30分钟使其充分溶解；(2)将(I)步骤中的溶液体系转移至水热反应釜中，在180-200°C下反应10-12小时； (3)将步骤(2)中反应后的沉淀产物离心提纯后用乙醇和去离子水洗涤3次，在真空干燥箱中于60°C下干燥6小时； 即可制得对酒精具有良好气敏响应性能的星状自组装结构氧化铜纳米材料。2.根据权利要求1所述一种星状自组装结构氧化铜纳米材料的制备方法，其特征在于，所述5mmol铜盐溶于的去离子水为40-50毫升。3.根据权利要求1所述一种星状自组装结构氧化铜纳米材料的制备方法，其特征在于，所述可溶性铜盐为硝酸铜Cu(NO3)2或氯化铜CuCl 2中的一种。4.根据权利要求1所述一种星状自组装结构氧化铜纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述磁力搅拌的转速应控制在200-1000r/min。5.根据权利要求1所述一种星状自组装结构氧化铜纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述离心提纯的转速控制在2500-6000r/min。
【专利摘要】本发明涉及了一种对酒精具有良好气敏性能的星状自组装结构氧化铜纳米材料制备及应用，具体涉及到不使用表面活性剂和模板，仅用反应物控制酸碱浓度、水热温度、时间控制材料形貌的制备方法。方位为将5mmol可溶性铜盐溶入一定量的去离子水中，后缓慢加入10-15mmol氢氧化钠，在室温下采用磁力搅拌30分钟；后将所得的溶液体系转入水热反应釜中，在180-200℃下反应10-12小时；将反应后的沉淀产物离心提纯后用乙醇和去离子水洗涤3次，在真空干燥箱中于60℃下干燥6小时，即可制得对酒精具有良好气敏响应性能的星状自组装结构CuO。
【IPC分类】B82Y30/00, C01G3/02
【公开号】CN105000587
【申请号】CN201510403040
【发明人】何丹农, 卢静, 李争, 尹桂林
【申请人】上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月10日