一种多孔结构磷酸铜及其制备方法与流程

1.本发明属于纳米材料领域，涉及一种磷酸铜纳米材料制备技术，尤其涉及一种多孔结构磷酸铜及其制备方法。


背景技术：

2.信息社会高速发展，工业上对材料的结构和性能要求越来越高。有序排列的材料是目前材料领域研究的热点之一，纳米材料的微观结构千姿百态，比如泡沫结构、纳米花结构、海胆状结构或蜂窝状结构等。这些多孔的微观结构一般都会显著的增强材料的比表面积，使其与其他物质或溶液的接触面积更大，有利用充分展现材料的优异性能。
3.磷酸铜可以用作有机反应催化剂、杀菌剂、乳化剂、肥料及金属表面抗氧化剂等。分为无结晶水的磷酸铜和含有结晶水的磷酸铜。无水磷酸铜不稳定，受热易分解，而磷酸铜的结晶水在将近500摄氏度时才会被蒸发去除，且磷酸铜的分解温度也提高至600-1000摄氏度。因此，将磷酸铜制备成具有有序排列的纳米材料意义深远。
4.另一方面，目前制备的磷酸铜纳米花，较多的都需要其他物质的辅助才能得到。比如，专利“一种含漆酶的铜纳米花及其制备方法，申请号：201910793318.2”中需要蛋白质漆酶的辅助，而蛋白质酶类的成本是很高的；专利“一种磷酸铜纳米球及其制备方法，申请号：201611082104.7”中需要尿素和十二烷基硫酸钠的辅助，而十二烷基硫酸钠中的硫元素对环境会造成一定污染；专利“一种片状羟基磷酸铜纳米材料的制备方法，申请号：201410447849.3”中需要聚吡咯烷酮的辅助，并在水热条件下完成。更简单、更经济且环保的方法对制备纳米花结构是很有必要的。


技术实现要素：

5.本发明正是基于上述问题，提出了一种多孔结构磷酸铜的制备方法，将二价铜盐溶液加入磷酸氢二钠溶液或碱性磷酸缓冲溶液中，分离得到沉淀物，得到多孔结构磷酸铜。在二价铜离子的浓度与磷酸根离子的浓度之比为1:0.1-400的情况下，磷酸铜的微观结构为多孔泡沫状或纳米花状或两种结构共存。磷酸铜中不含或含有1-3个结晶水，由洗涤溶液和干燥方式有关。与现有技术相比，本发明的优点在于：制备方法简单易行，实验过程温和简单，无特殊设备，无需高温等激烈实验方法，没有涉及任何有机试剂，符合绿色环保路线。原料来源广泛且经济，可广泛应用。
6.有鉴于此，本发明提出了一种多孔结构磷酸铜的制备方法，具体步骤如下：将二价铜盐溶液加入到碱性的磷酸溶液中，所述磷酸溶液为磷酸氢二钠溶液或磷酸缓冲溶液中，反应后分离沉淀物，得到多孔结构磷酸铜，所述多孔结构磷酸铜的多孔结构为多孔泡沫状或纳米花状或两种结构共存。
7.在上述技术方案中，优选地，二价铜盐溶液包括硫酸铜溶液、氯化铜溶液、硝酸铜溶液。
8.在上述技术方案中，优选地，制备方法中所述的磷酸缓冲溶液由磷酸氢二钠溶液
与磷酸二氢钠溶液按照不同比例混合而成。
9.在上述技术方案中，优选地，二价铜离子的浓度与磷酸根离子的浓度之比为1:0.1-400。
10.在上述技术方案中，优选地，所述磷酸溶液的ph值为7-12。
11.本技术方案涉及的磷酸铜多孔结构不需要添加其他物质作为辅助，仅在上述的磷酸氢根或磷酸二氢根的水溶液中即可完成。主要的机理为上述反应溶液中还有游离的羟基(-oh)，可以与铜离子结合并诱导磷酸铜晶体的生长方向。但本方案中的磷酸铜与羟基磷酸铜有着本质的不同，羟基磷酸铜的化学分子式为cu2(oh)po4。而本方案中的溶液内羟基只起到诱导作用，当铜离子与磷酸根离子接触时即产生沉淀、形成晶体，羟基又游离在溶液中，不参与反应。磷酸铜的分子式为cu3(po4)2·
xh2o，x为0-3。他们的x射线衍射仪谱图(xrd)也存在显著的差异，如图1-3所示。
附图说明
12.图1示出了羟基磷酸铜以及其标准xrd图谱。引自：高晓兵.羟基磷酸铜的形貌控制及可见光芬顿催化性能研究[d].河南:郑州大学,2017.
[0013]
图2示出了磷酸铜(含有3个结晶水)的标准xrd图谱。
[0014]
图3示出了实施例1中的泡沫多孔的磷酸铜的xrd谱图。
[0015]
图4示出了实施例1中多孔结构磷酸铜(泡沫多孔结构)的扫描电子显微镜图。
[0016]
图5示出了实施例2中多孔结构磷酸铜(纳米花结构)的扫描电子显微镜图。
[0017]
图6示出了实施例3中多孔结构磷酸铜(泡沫多孔结构和纳米花结构共存)的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
[0018]
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0019]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0020]
实施例1
[0021]
一种多孔结构磷酸铜的制备方法，包括以下实验步骤。
[0022]
0.5ml的0.2mol/l的硫酸铜溶液与200ml的0.2mol/l磷酸氢二钠混合后(铜离子与磷酸根之比为：1:400)，离心得到沉淀，即为多孔结构磷酸铜(泡沫多孔结构)，将其置于65℃烘箱内干燥即可。
[0023]
多孔结构磷酸铜(泡沫多孔结构)的扫描电镜图如图4。
[0024]
实施例2
[0025]
一种多孔结构磷酸铜的制备方法，包括以下实验步骤。
[0026]
56ml 0.2mol/l磷酸二氢钠和144ml 0.2mol/l磷酸氢二钠混合得到200ml，ph为7.2的0.2mol/l的磷酸缓冲液。1ml的0.2mol/l的硫酸铜溶液与50ml的0.2mol/l磷酸缓冲溶
液混合后(铜离子与磷酸根之比为：1:50)，离心得到沉淀，即为多孔结构磷酸铜(纳米花结构)，将其置于60℃烘箱内干燥即可。
[0027]
多孔结构磷酸铜(纳米花结构)的扫描电镜图如图5。
[0028]
实施例3
[0029]
一种多孔结构磷酸铜的制备方法，包括以下实验步骤。
[0030]
1ml的0.2mol/l的硫酸铜溶液与200ml的0.2mol/l磷酸氢二钠混合后(铜离子与磷酸根之比为：1:200)，抽滤得到沉淀，即为多孔结构磷酸铜(多孔泡沫与纳米花结构共存)，将其置于70℃烘箱内干燥即可。
[0031]
多孔结构磷酸铜(多孔泡沫与纳米花结构共存)的扫描电镜图如图6。
[0032]
实施例4
[0033]
一种多孔结构磷酸铜的制备方法，包括以下实验步骤。
[0034]
25ml的0.2mol/l的氯化铜溶液与5ml的0.2mol/l磷酸氢二钠混合后(铜离子与磷酸根之比为：1:0.2)，滤纸过滤得到沉淀，即为多孔结构磷酸铜(纳米花结构)，将其置于70℃烘箱内干燥即可。
[0035]
实施例5
[0036]
一种多孔结构磷酸铜的制备方法，包括以下实验步骤。
[0037]
25ml的0.2mol/l的硝酸铜溶液与5ml的0.2mol/l磷酸氢二钠混合后(铜离子与磷酸根之比为：1:0.2)，400rpm离心5min得到沉淀并用乙醇洗3遍，即为多孔结构磷酸铜(纳米花结构)，将其置于60℃烘箱内干燥即可。
[0038]
实施例6
[0039]
一种多孔结构磷酸铜的制备方法，包括以下实验步骤。
[0040]
32ml 0.2mol/l磷酸二氢钠和168ml 0.2mol/l磷酸氢二钠混合得到200ml，ph为7.5的0.2mol/l的磷酸缓冲液。1ml的0.2mol/l的硝酸铜溶液与50ml的0.2mol/l磷酸缓冲溶液混合后(铜离子与磷酸根之比为：1:50)，离心得到沉淀，乙醇清洗3次，即得到多孔结构磷酸铜(纳米花结构)，将其置于50℃烘箱内干燥即可。
[0041]
综上所述，本发明提出了一种多孔结构磷酸铜的制备方法，将二价铜盐溶液加入磷酸氢二钠溶液或碱性磷酸缓冲溶液中，分离得到沉淀物，该沉淀物为磷酸铜。在二价铜离子的浓度与磷酸根离子的浓度之比为1:0.1-400的情况下，磷酸铜的微观结构为多孔泡沫状或纳米花状或两种结构共存。与现有技术相比，本发明的优点在于制备方法简单易行，实验过程温和简单，无特殊设备，无需高温等激烈实验方法，没有涉及任何有机试剂，符合绿色环保路线。原料来源广泛且经济，可广泛应用。
[0042]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。