一种片状自组装碱式碳酸铜花球及其简易制备方法与流程

本发明涉及碱式碳酸铜微米粉体制备技术领域，特别涉及一种片状自组装碱式碳酸铜花球及其简易制备方法。

背景技术：

Cu₂O具有稳定性好、容易制备、无毒性、无污染、廉价等优点，是一种应用前景广阔的功能材料。由于高强度的光子激发束可通过Cu₂O固体，引发Cu₂O激子之间的相互传播，因此它可以应用于太阳能电池、生物传感器、锂离子电池、磁力储存设备等微器件的组装。此外，Cu₂O良好的光电性质还可以做为可见光催化剂，降解有机污染物，以及在可见光辐射下电解水产生氧气等。

碱式碳酸铜作为一种前躯体通过原位转换制备各种形貌和结构的Cu₂O受到越来越多的人的关注。国内外很多关于碱式碳酸铜的制备方法，主要包括共沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热与溶剂热法等。这些报道多数都是合成出碱式碳酸铜纳、微米颗粒，而合成出片状自组装碱式碳酸铜花球的鲜有报道。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种片状自组装碱式碳酸铜花球及其简易制备方法，以克服现有技术上的缺陷，为工业化规模生产碱式碳酸铜花球提供一条新途径。

为实现该目的，本发明采用了以下技术方案：

一种片状自组装碱式碳酸铜花球，由碱式碳酸铜纳米片组装而成，花球的直径为1～10μm，花球的颗粒形貌均匀。

一种片状自组装碱式碳酸铜花球的简易制备方法，可溶性铜盐的水溶液与L-天冬氨酸的无水乙醇—水溶液经超声混合后置于恒温鼓风干燥箱中进行反应，反应温度为100～180℃，反应时间为4～20h，L-天冬氨酸与可溶性铜盐的铜离子之间的摩尔比为1：4～4：1；反应完全后经后处理得到碱式碳酸铜花球粉末材料。

作为优选，可溶性铜盐为三水合硝酸铜、乙酸铜或氯化铜。可溶性铜盐在其水溶液中的摩尔体积浓度为0.1～1mol/L。L-天冬氨酸的无水乙醇—水溶液中L-天冬氨酸的摩尔体积浓度为0.02～0.2mol/L，无水乙醇与水的体积比为1：2～2：1。

作为进一步改进，后处理是将反应产物固液分离后分别使用无水乙醇及去离子水交替洗涤，然后置于恒温干燥箱中进行干燥。恒温干燥箱中干燥温度为20～60℃，干燥时间为3～10h。

本发明的片状自组装碱式碳酸铜花球及其简易制备方法，主要是通过L-天冬氨酸、Cu(NO₃)₂·3H₂O等可溶性铜盐、无水乙醇和去离子水在混合超声搅拌后再进行水热反应制备片状自组装碱式碳酸铜花球。本发明通过生物分子辅助水热法成功的获得一种片状自组装碱式碳酸铜花球材料。通过系列表征表明在L-天冬氨酸作为模板和原料反应体系中获得的片状自组装碱式碳酸铜花球具有粒度分布较窄、形貌分布均一和可控等性能。这种简单的合成方法也可以作为一种通用的策略来合成其他自组装的花状微、纳米材料。本发明的有益效果还表现在：

1).本发明实现了利用L-天冬氨酸和Cu(NO₃)₂·3H₂O等可溶性铜盐作为前驱体，通过溶剂热法快速得到片状自组装碱式碳酸铜花球，为Cu₂O纳米材料的合成提供了一种新的途径。

2).本发明的工艺简单，整个制备体系容易构建、操作简便、条件易控、成本低廉、产物组成易控、产物分布均匀、不易团聚、适合于大规模工业生产。

3).本发明是采用常规可溶性铜盐作为反应物，在制备过程中不添加其它的辅助物质，产生的副产物少，对环境污染较小，是一种环保型合成工艺。

4).本发明制备的产物具有较好的水溶性、良好的生物相容性，在污水处理等方面有较为广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1所得产物的XRD图。

图2a为实施例1所得产物的光学显微镜图。

图2b为实施例1所得产物的FE-SEM图。

图2c为实施例1所得产物的EDS图。

图3a为实施例2所得的光学显微镜图。

图3b为实施例2所得产物的FE-SEM图。

图3c为实施例2所得产物的EDS图。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步详细说明本发明的片状自组装碱式碳酸铜花球及其简易制备方法。

实施例1

片状自组装碱式碳酸铜花球的制备：

(1)称取1mmol L-天冬氨酸倒入烧杯中，加入10mL无水乙醇和5mL去离子水溶解，并放在磁力搅拌器上搅拌30min，形成溶液A。称取4mmol Cu(NO₃)₂·3H₂O倒入烧杯中，加入10mL去离子水将其溶解，保持同样条件，并搅拌30min，形成溶液B。将搅拌后的溶液A加入至溶液B中放到超声波清洗器中超声30min，形成溶液C。

(2)将溶液C转入事先洗好的50mL反应釜中，再用5mL去离子水将烧杯冲洗后倒入反应釜中；将反应釜盖好放到恒温鼓风干燥箱中，设置温度为120℃，反应6h；待反应结束后，取出反应釜，将反应后生成的粉末用离心机离心，并分别用无水乙醇和去离子水交替洗涤数次，然后在恒温干燥箱中以40℃干燥6h得到绿色碱式碳酸铜粉末即片状自组装碱式碳酸铜花球。

图1为本实施例所得产物的XRD谱图，与标准的碱式碳酸铜的谱图(JCPDS：41-1390)相比可得，本实施例所得产物为高纯度碱式碳酸铜。

图2a为本实施例所得产物的光学显微镜图，由图可知得到产物为均一的，且具有一定透光性的球状物质。从产物的FE-SEM谱图(图2b)可知产物为纳米片状组装而成的花球，花球的直径约6μm，颗粒形貌均匀。从产物的EDS图(图2c)可以看出制备的产物中含有碳、氧、铜和硅元素，不含有其他元素，进一步表明该产物为高纯的碱式碳酸铜，硅元素为扫描样品时所用的载玻片所产生的。

实施例2

片状自组装碱式碳酸铜花球的制备：

(1)称取2mmol L-天冬氨酸倒入烧杯中，加入10mL无水乙醇和5mL去离子水溶解，并放在磁力搅拌器上搅拌30min，形成溶液A。称取1mmol乙酸铜倒入烧杯中，加入10mL去离子水将其溶解，保持同样条件，并搅拌30min，形成溶液B。将搅拌后的溶液A加入至溶液B中放到超声波清洗器中超声30min，形成溶液C。

(2)将溶液C转入事先洗好的50mL反应釜中，再用5mL去离子水将烧杯冲洗后倒入反应釜中；将反应釜盖好放到恒温鼓风干燥箱中，设置温度为140℃，反应6h；待反应结束后，取出反应釜，将反应后生成的粉末用离心机离心，并分别用无水乙醇和去离子水交替洗涤数次，然后在恒温干燥箱中以40℃干燥6h得到绿色碱式碳酸铜粉末即片状自组装碱式碳酸铜花球。

图3a为本实施例所得产物的光学显微镜图，由图可知得到产物为均一的，且具有一定透光性的球状物质。从产物的FE-SEM谱图(图3b)可知产物为纳米片状组装而成的花球，花球的直径约9μm，颗粒形貌均匀。从产物的EDS图(图3c)可以看出制备的产物中含有碳、氧、铜和金元素，不含有其他元素，进一步表明该产物为高纯的碱式碳酸铜，金元素为制备扫描样品时喷金所产生的。

实施例3

片状自组装碱式碳酸铜花球的制备：

(1)称取1mmol L-天冬氨酸倒入烧杯中，加入5mL无水乙醇和10mL去离子水溶解，并放在磁力搅拌器上搅拌30min，形成溶液A。称取1mmol氯化铜倒入烧杯中，加入10mL去离子水将其溶解，保持同样条件，并搅拌30min，形成溶液B。将搅拌后的溶液A加入至溶液B中放到超声波清洗器中超声30min，形成溶液C。

(2)将溶液C转入事先洗好的50mL反应釜中，再用5mL去离子水将烧杯冲洗后倒入反应釜中；将反应釜盖好放到恒温鼓风干燥箱中，设置温度为160℃，反应10h；待反应结束后，取出反应釜，将反应后生成的粉末用离心机离心，并分别用无水乙醇和去离子水交替洗涤数次，然后在恒温干燥箱中以50℃干燥5h得到绿色碱式碳酸铜粉末即片状自组装碱式碳酸铜花球。

需要指出的是，本发明不仅仅限于以上列举的实施例，凡是能从本发明内容直接导出或启示联想得到的相关技术均应属于本发明涵盖保护的范围。