专利名称：立方体氧化铜纳米粒子及其合成方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及立方体氧化铜纳米粒子及其制备方法和用途。
二背景技术：
普通氧化铜是一种用途广泛的多功能精细无机材料，主要应用在印染、玻璃、陶 瓷、医药及催化等领域。当普通氧化铜粒子的粒径达到纳米级时，将使它功能更加独特，应 用更加广泛。目前普遍采用固相反应法、水热法、醇热法、沉淀法、喷雾热解法、控制双射流 的液相沉淀技术、声化学法、压力_热液法、微乳液法、激光蒸凝法、微波沸腾回流法、电化 学法、模板法等，但是都有很多问题尚待解决。第一，合成条件比较苛刻，温度要求比较高， 需要煅烧等工艺。第二，很难合成出形状明确的氧化铜纳米粒子。
三
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种合成工艺简单易行，安全可靠，无环 境污染，产物为立方体的氧化铜纳米粒子及其用途。 本发明提供的技术方案为氧化铜纳米粒子，所述氧化铜纳米粒子的形貌呈立方 体。 上述氧化铜纳米粒子的制备方法以微波为加热介质将醋酸铜水溶液、氢氧化钠 三縮四乙二醇溶液和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液混合均匀，搅拌下微波加热至溶液颜色 变为透亮的深棕色后停止微波加热，即得到立方体氧化铜纳米粒子。 所述醋酸铜水溶液的浓度为0. 01-0. 08mol dm—3，氢氧化钠三縮四乙二醇溶液的 浓度为0. 02-0. lOmol dm—3，聚乙烯吡咯烷酮水溶液的浓度为0. 05-0. 60mol dm—3，所述微 波加热功率为300-500瓦，加热时间为30-150s。 上述醋酸铜水溶液、氢氧化钠三縮四乙二醇溶液和聚乙烯吡咯烷酮水溶液中醋酸
铜氢氧化钠聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为i 2 : 2 4 : i io。 本发明立方体氧化铜纳米粒子可用于制备气敏元件。 本发明避免了使用高温加热的反应条件，将反应时间迅速提高到3分钟以内，没
有引入任何杂质，对反应物和产物不需要任何处理，合成工艺简单易行、安全可靠，无任何 危险和环境污染。
四
图1是本发明产品的X-射线衍射图； 图2是本发明产品的透射电镜图；其中(a)若干立方体氧化铜纳米粒子的透射电 镜图(b)单个立方体氧化铜纳米粒子的透射电镜图。
五具体实施例方式
本发明是在50ml圆底烧瓶中按照摩尔比Cu(0Ac)2 : NaOH : PVP为1 2 : 2 4 : i io条件下依次加入醋酸铜水溶液、氢氧化钠三縮四乙二醇溶液、pvp水溶液，保持
总体积在15ml，混合均匀后形成均相的淡蓝色溶液，然后置入微波炉中，搅拌下以500 1000瓦的功率加热30 150s。待溶液颜色变为透亮的深棕色后停止微波加热。即得到立 方体氧化铜纳米粒子。 将得到立方体氧化铜纳米粒子置于研钵中，加去离子水充分研磨，成糊状后，涂覆 在带有金电极的陶瓷管上(外径(1= 1.35mm，长度1 = 4mm)，在马弗炉中50(TC高温下烧 结2h，然后向陶瓷管中穿入Ni-Cr合金加热丝(d = 0. 5mm， R = 35 Q )，即制作成烧结型旁 热式气敏元件。 本发明以微波为加热为辅助手段，以醋酸铜水溶液、氢氧化钠三縮四乙二醇溶液、 PVP水溶液混合并控制反应时间来制备立方体氧化铜纳米粒子，没有引入任何杂质，对反应 物和产物不需要任何处理，合成工艺简单易行，反应时间大大縮短，而且安全可靠，无任何 危险和环境污染。本发明尤其采用氢氧化钠三縮四乙二醇溶液和PVP水溶液使得制备得氧 化铜纳米粒子形貌可控。 参照图1、2，本申请人用本发明合成的产品CuO作了 X-射线衍射、透射电镜分析，
证明本发明生产的产品为氧化铜纳米粒子且形状为立方体。 下面举出本发明具体实施例 例一、在50ml圆底烧瓶中按照摩尔比Cu(CH3COO)2 : Na0H : PVP为1 : 2 : 10
条件下依次加入醋酸铜水溶液、氢氧化钠三縮四乙二醇溶液、PVP水溶液，保持总体积在 15ml，混合均匀后形成均相的淡蓝色溶液，然后置入微波炉中，搅拌下以800瓦功率加热 20s。待溶液颜色变为透亮的深棕色后停止微波加热。即得到平均粒径为41nm的立方体氧 化铜纳米粒子。 例二、在50ml圆底烧瓶中按照摩尔比Cu(CH3C00)2 : NaOH : PVP为1 : 1 : 5 的条件下依次加入醋酸铜水溶液、氢氧化钠三縮四乙二醇溶液、PVP水溶液，保持总体积在 15ml，混合均匀后形成均相的淡蓝色溶液，然后置入微波炉中，搅拌下以850瓦功率加热 65s。待溶液颜色变为透亮的深棕色后停止微波加热。即得到平均粒径为88nm的立方体氧 化铜纳米粒子。例三、在50ml圆底烧瓶中按照摩尔比Cu(CH3C00)2 : NaOH : PVP为2 : 1 : 10
的条件下依次加入醋酸铜水溶液、氢氧化钠三縮四乙二醇溶液、PVP水溶液，保持总体积在 15ml，混合均匀后形成均相的淡蓝色溶液，然后置入微波炉中，搅拌下以950瓦功率加热 120s。待溶液颜色变为透亮的深棕色后停止微波加热。即得到粒径为140nm的立方体氧化 铜纳米粒子。 例四、在50ml圆底烧瓶中按照摩尔比Cu(CH3C00)2 : NaOH : PVP为1 : 2 : 10
条件下依次加入醋酸铜水溶液、氢氧化钠三縮四乙二醇溶液、PVP水溶液，保持总体积在 15ml，混合均匀后形成均相的淡蓝色溶液，然后置入微波炉中，搅拌下以1000瓦功率加热 100s。待溶液颜色变为透亮的深棕色后停止微波加热。即得到平均粒径为110nm立方体形 貌的氧化铜纳米粒子。例五、在50ml圆底烧瓶中按照摩尔比Cu(CH3C00)2 : NaOH : PVP为1 : 2 : 8条件
下依次加入醋酸铜水溶液、氢氧化钠三縮四乙二醇溶液、PVP水溶液，保持总体积在15ml， 混合均匀后形成均相的淡蓝色溶液，然后置入微波炉中，搅拌下以900瓦功率加热120s。待溶液颜色变为透亮的深棕色后停止微波加热。即得到平均粒径为92nm立方体氧化铜纳米 粒子。 例六、将例一所制备立方体氧化铜纳米粒子置于研钵中，加去离子水充分研磨，成 糊状后，涂覆在带有金电极的陶瓷管上(外径d二1.35mm，长度l二4mm)，在马弗炉中50(TC 高温下烧结2h，然后向陶瓷管中穿入Ni-Cr合金加热丝(d = 0. 5mm， R = 35Q)，即制作成 烧结型旁热式气敏元件.用气敏元件特性测试仪对该元件的气敏性能进行测试。当工作电 流为180mA时，甲醛气体体积分数为300 X 10—6时，元件的灵敏度为8. 5，响应时间为10s，恢 复时间为12s。 例七、将例五所制备立方体氧化铜纳米粒子置于研钵中，加去离子水充分研磨，成 糊状后，涂覆在带有金电极的陶瓷管上(外径d二1.35mm，长度l二4mm)，在马弗炉中50(TC 高温下烧结2h，然后向陶瓷管中穿入Ni-Cr合金加热丝(d = 0. 5mm， R = 35 Q )，即制作成 烧结型旁热式气敏元件.用气敏元件特性测试仪对该元件的气敏性能进行测试。当工作电 流为180mA时，甲醛气体体积分数为300 X 10—6时，元件的灵敏度为7. 4，响应时间为10s，恢 复时间为10s。 例八、将例一所制备立方体氧化铜纳米粒子置于研钵中，加去离子水充分研磨，成 糊状后，涂覆在带有金电极的陶瓷管上(外径d二1.35mm，长度l二4mm)，在马弗炉中50(TC 高温下烧结2h，然后向陶瓷管中穿入Ni-Cr合金加热丝(d = 0. 5mm， R = 35Q)，即制作成 烧结型旁热式气敏元件.用气敏元件特性测试仪对该元件的气敏性能进行测试。当工作电 流为180mA时，氨气气体体积分数为300 X 10—6时，元件的灵敏度为3. 5，响应时间为lls，恢 复时间为10s。 例九、将例一所制备立方体氧化铜纳米粒子置于研钵中，加去离子水充分研磨，成 糊状后，涂覆在带有金电极的陶瓷管上(外径d = 1. 35mm，长度1 = 4mm)，在马弗炉中500°C 高温下烧结2h，然后向陶瓷管中穿入Ni-Cr合金加热丝(d = 0. 5mm， R = 35Q)，即制作成 烧结型旁热式气敏元件.用气敏元件特性测试仪对该元件的气敏性能进行测试。当工作 电流为180mA时， 一氧化碳气体体积分数为300 X 10—6时，元件的灵敏度为1. 8，响应时间为 13s，恢复时间为9s。
权利要求
氧化铜纳米粒子，其特征在于氧化铜纳米粒子的形貌呈立方体。
2. 权利要求1所述的氧化铜纳米粒子的制备方法，其特征在于以微波为加热介质，将 醋酸铜水溶液、氢氧化钠三縮四乙二醇溶液和聚乙烯吡咯烷酮水溶液混合均匀，搅拌下微 波加热至溶液颜色变为透亮的深棕色后停止微波加热，即得到立方体氧化铜纳米粒子。
3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述醋酸铜水溶液的浓度为0. 01-0. 08mol. dm—3，氢氧化钠三縮四乙二醇溶液的浓度为0. 02-0. lOmol dm—3，聚乙烯吡 咯烷酮水溶液的浓度为0. 05-0. 60mol dm—3，所述微波加热功率为300-500瓦，加热时间为 30-150s。
4. 根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于醋酸铜水溶液、氢氧化钠三縮四乙二醇溶液和聚乙烯吡咯烷酮水溶液中醋酸铜氢氧化钠聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为 i 2 : 2 4 : i io。
5. 权利要求i所述的立方体氧化铜纳米粒子用于制备气敏元件。
全文摘要
本发明涉及立方体氧化铜纳米粒子及其制备方法和用途。本发明以微波为加热介质将醋酸铜水溶液、氢氧化钠三缩四乙二醇溶液和聚乙烯吡咯烷酮水溶液混合均匀，搅拌下微波加热至溶液颜色变为透亮的深棕色后停止微波加热，即得到立方体氧化铜纳米粒子。本发明方法实验过程简单，不需要复杂苛刻的工艺条件，得到的产品可用于制备气敏元件。
文档编号B82B3/00GK101696027SQ20091027254
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者刘浩文, 唐定国, 李金林, 杨汉民 申请人:中南民族大学;