一种项链状氧化亚铜/碳纳米管异质结构材料的合成方法与流程

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种项链状氧化亚铜/碳纳米管异质结构材料的合成方法。

背景技术：

近年来，随着纳米材料的兴起，过渡金属氧化物纳米晶体由于尺寸效应、限域效应等特殊性质而带来的性能方面的提升备受研究者们的关注。其中cu2o作为一种典型的p型半导体材料在太阳能电池，光降解有机污染物，光催化产氢，催化有机合成，生物传感器等方面有着广阔的应用前景。此外相较于贵金属纳米材料和部分金属氧化物材料，氧化亚铜材料还具备原料充沛，易于合成，低成本，无毒等优点，因此它被视为一种重要的无机非金属材料。然而现有研究表明氧化亚铜纳米晶体在应用过程中面临几个重要的问题：首先，氧化亚铜在合成过程通常需要表面活性剂维持高能晶面的稳定并且阻止纳米粒子的团聚，然而表面活性剂在氧化亚铜的表面的残留会严重影响器件的性能，高温除去表面活性剂又极大可能会破坏晶体结构；其次，氧化亚铜本身作为半导体，电子迁移效率低，导电性相对较差，影响了反应的进程并造成不必要的能量损失。因此为了解决上述问题，需要研究者们开发新的合成方法使氧化亚铜纳米晶体可以在无表面活性剂的情况下保持稳定并提高导电性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种项链状氧化亚铜/碳纳米管异质结构材料的合成方法，解决了现有氧化亚铜纳米晶体稳定性不足，导电性较差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种项链状氧化亚铜/碳纳米管异质结构材料的合成方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，在cnts的乙二醇分散液中加入铜盐溶液，搅拌混合均匀，然后升温，加入氢氧化钠溶液，搅拌反应；

步骤2，在步骤1的反应液中加入葡萄糖粉末，继续加热搅拌反应；

步骤3，将步骤2得到的反应液趁热离心分离，并对产物进行洗涤、干燥，即得到cu2o/cnts异质结构材料。

本发明特点还在于，

步骤1中cnts的乙二醇分散液中，cnts与乙二醇的质量体积比为0.05-10g/ml，乙二醇体积为20-100ml。

步骤1中cnts长度为0.5-50μm，管径为1.5-20nm。

步骤1中铜盐溶液的浓度为0.01-2mol/l，加入量为铜盐溶液与cnts的乙二醇分散液的体积比为1:20-1:100。

铜盐为cuno3、cuso4，cucl2或cu(ac)2中的任意一种。

步骤1中氢氧化钠溶液通过将氢氧化钠溶解于水/乙二醇混合溶液中得到，水与乙二醇的体积比为1:2-1:10，氢氧化钠溶液的浓度为0.05-2mol/l，氢氧化钠溶液与cnts的乙二醇分散液的体积比为1:4-1:20。

步骤1中升温至60-90℃，反应时间为5-30min。

步骤2中铜离子与葡萄糖的摩尔比为1:2-1:10。

步骤2中反应温度为60-90℃，反应时间为5-30min。

步骤3中离心转速为7000-9000r/min；洗涤采用去离子水和乙醇；冷冻干燥时间为3-5h。

本发明的有益效果是，本发明合成方法，以铜离子盐和cnts为原材料，采用一步法合成比例可控，分布均匀，大小均一的cu2o/cnts异质结构材料。该方法制备过程简单，且合成的cu2o/cnts异质结构材料具有无毒、无污染、成本低廉的优点。另外，该方法制得cu2o/cnts异质结构材料兼具了cu2o高催化性能的优点及cnts良好的导电性和柔韧性，与单一材料相比，性能和稳定性得到了较大的提升。

附图说明

图1是本发明合成的项链状cu2o/cnts异质结构材料的sem图；

图2是本发明合成的项链状cu2o/cnts异质结构材料的tem图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种项链状氧化亚铜/碳纳米管异质结构材料的合成方法，以铜离子盐和cnts为原材料，采用一步法合成。

具体按照以下步骤实施：

步骤1，按照质量体积比0.05-10mg/ml，将长度为0.5-50μm，管径为1.5-20nm的cnts加入乙二醇中，并用超声法超声0.5-2h，使其充分分散，得到cnts的乙二醇溶液；

步骤2，将步骤1得到的cnts的乙二醇溶液转移至水浴锅，滴加浓度为0.01-2mol/l的铜盐溶液，铜盐溶液与cnts的乙二醇溶液体积比为1:20-1:100，搅拌12-72h使其充分混合，得到cu²⁺/cnts的乙二醇溶液；

步骤3，将步骤2得到的cu²⁺/cnts的乙二醇溶液升温至60-90℃，向其中滴加浓度为0.05-2mol/l的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液与碳管溶液体积比为1:4-1:20，维持搅拌5-30min；

氢氧化钠溶液通过将氢氧化钠溶解于水/乙二醇(水与乙二醇的体积比为1:2-1:10)混合溶液中得到。

步骤4，向步骤3的混合溶液加入与铜离子摩尔比为1:2-1:10的葡萄糖粉末，在60-90℃下持续搅拌反应5-30min；

步骤5，将步骤4中的反应液趁热离心分离，离心转速为7000-9000r/min，每次离心时间2-10min，用去离子水和乙醇洗涤2-3次，得到黑色沉淀物；

步骤6，将步骤5中得到黑色沉淀物冷冻干燥3-5h，即得cu2o/cnts异质结构材料。

本发明合成的cu2o/cnts异质结构呈现粉末状，粉末的sem结果如图1所示，根据图1可以看出cu2o粒子均匀的分散在整个体系之中，大小均一。粉末的tem结果如图2所示，由图2可以看出碳纳米管从cu2o粒子中心穿过，cu2o粒子尺寸可有效地控制在50nm左右，且呈现出孔状结构。

本发明方法制得cu2o/cnts异质结构材料兼具了cu2o高催化性能的优点及cnts良好的导电性和柔韧性，与单一材料相比，性能和稳定性得到了较大的提升。

实施例1

按照质量体积比0.05mg/ml，将长度为0.5μm，管径为1.5nm的cnts加入乙二醇中，超声分散0.5h；滴加浓度为0.01mol/l的硝酸铜溶液，硝酸铜溶液与cnts的乙二醇溶液体积比为1:20，搅拌12h使其充分混合；然后升温至60℃，向其中滴加浓度为0.05mol/l的氢氧化钠溶液(氢氧化钠溶液中水与乙二醇的体积比为1:2)，氢氧化钠溶液与cnts的乙二醇溶液体积比为1:4，维持搅拌30min；向混合溶液加入与铜离子摩尔比为1:2的葡萄糖粉末，在60℃下持续搅拌反应30min；趁热离心分离，离心转速为7000r/min，每次离心时间10min，用去离子水和乙醇洗涤2-3次，得到黑色沉淀物；冷冻干燥3h，即得cu2o/cnts异质结构材料。

实施例2

按照质量体积比1mg/ml，将长度为5μm，管径为5nm的cnts加入乙二醇中，超声分散1h；滴加浓度为0.4mol/l的硫酸铜溶液，硫酸铜溶液与cnts的乙二醇溶液体积比为1:40，搅拌24h使其充分混合；然后升温至70℃，向其中滴加浓度为0.2mol/l的氢氧化钠溶液(氢氧化钠溶液中水与乙二醇的体积比为1:4)，氢氧化钠溶液与cnts的乙二醇溶液体积比为1:8，维持搅拌20min；向混合溶液加入与铜离子摩尔比为1:4的葡萄糖粉末，在70℃下持续搅拌反应20min；趁热离心分离，离心转速为7500r/min，每次离心时间8min，用去离子水和乙醇洗涤2-3次，得到黑色沉淀物；冷冻干燥3.5h，即得cu2o/cnts异质结构材料。

实施例3

按照质量体积比3mg/ml，将长度为10μm，管径为10nm的cnts加入乙二醇中，超声分散1.5h；滴加浓度为1mol/l的氯化铜溶液，氯化铜溶液与cnts的乙二醇溶液体积比为1:60，搅拌36h使其充分混合；然后升温至80℃，向其中滴加浓度为1mol/l的氢氧化钠溶液(氢氧化钠溶液中水与乙二醇的体积比为1:6)，氢氧化钠溶液与cnts的乙二醇溶液体积比为1:12，维持搅拌15min；向混合溶液加入与铜离子摩尔比为1:6的葡萄糖粉末，在80℃下持续搅拌反应15min；趁热离心分离，离心转速为8000r/min，每次离心时间5min，用去离子水和乙醇洗涤2-3次，得到黑色沉淀物；冷冻干燥4h，即得cu2o/cnts异质结构材料。

实施例4

按照质量体积比5mg/ml，将长度为30μm，管径为15nm的cnts加入乙二醇中，超声分散1h；滴加浓度为1.5mol/l的醋酸铜溶液，醋酸铜溶液与cnts的乙二醇溶液体积比为1:80，搅拌48h使其充分混合；然后升温至85℃，向其中滴加浓度为1.5mol/l的氢氧化钠溶液(氢氧化钠溶液中水与乙二醇的体积比为1:8)，氢氧化钠溶液与cnts的乙二醇溶液体积比为1:16，维持搅拌25min；向混合溶液加入与铜离子摩尔比为1:8的葡萄糖粉末，在85℃下持续搅拌反应10min；趁热离心分离，离心转速为8500r/min，每次离心时间4min，用去离子水和乙醇洗涤2-3次，得到黑色沉淀物；冷冻干燥4.5h，即得cu2o/cnts异质结构材料。

实施例5

按照质量体积比10mg/ml，将长度为50μm，管径为20nm的cnts加入乙二醇中，超声分散2h；滴加浓度为2mol/l的硝酸铜溶液，硝酸铜溶液与cnts的乙二醇溶液体积比为1:100，搅拌72h使其充分混合；然后升温至90℃，向其中滴加浓度为2mol/l的氢氧化钠溶液(氢氧化钠溶液中水与乙二醇的体积比为1:10)，氢氧化钠溶液与cnts的乙二醇溶液体积比为1:20，维持搅拌5min；向混合溶液加入与铜离子摩尔比为1:10的葡萄糖粉末，在90℃下持续搅拌反应5min；趁热离心分离，离心转速为9000r/min，每次离心时间2min，用去离子水和乙醇洗涤2-3次，得到黑色沉淀物；冷冻干燥5h，即得cu2o/cnts异质结构材料。