CN102139910A - 一种制备蒲公英状氧化铜空心微米球的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无机材料氧化铜(CuO)的制备方法，尤其是指氧化铜空心微米球的制备方法。本发明是将硝酸铜、尿素溶于蒸馏水中，形成混合溶液，然后往混合溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵(CTBA)，使其形成均匀的胶状物；然后将胶状物移入反应釜内，密封后进行反应一定时间，再自然冷却至室温；最后将反应物进行沉淀、离心分离，得到黑色产物为蒲公英状CuO空心微米球。本发明的优点是可控性强，易操作，成本低，制得的产物纯度高，所用试剂均为商业产品，无需繁琐制备。本发明在半导体行业具有广泛的用途。
Description
技术领域
本发明涉及无机材料氧化铜(CuO)的制备方法，尤其是指氧化铜空心微米球的制备方法。
技术背景
氧化铜(CuO)是一种重要的半导体过渡金属氧化物，具备优异的电学性能，在催化剂、气体传感器、锂离子电池材料、场发射发射器及超导体等领域有着良好的应用前景，还可以与其它氧化物组成复合物氧化物材料以提高其催化性能，因而在材料化学领域越来越受到关注。目前制备氧化铜(CuO)空心微米球的方法主要有硬模板法，软模板法，差别扩散法(Kirkendall effect)，奥式熟化法(Ostwald ripening)，化学自组装法。软模板法(soft template method)是把金属盐(溶于水)直接加入含有气泡、乳状液或胶束等软模板的水溶液中，直接通过水热处理，就得到无机氧化物纳米(微米)空心球。软模板法制备的产物尺寸均匀，形貌和结构稳定，模板易去除，是一种合成空心球的有效方法。但是利用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为软模板，尿素为沉淀剂，制备蒲公英状CuO空心微米球还没有报道。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提出了一种方便、有效的制备方法。
本发明是通过下述技术方案得以实现的：
一种制备蒲公英状氧化铜空心微米球的方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)将硝酸铜、尿素溶于蒸馏水中，形成混合溶液，然后往混合溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵，使其形成均匀的胶状物；其中硝酸铜与尿素的摩尔比为1∶2～4；硝酸铜和尿素的摩尔总数与蒸馏水的摩尔比为1∶100～105；加入的十六烷基三甲基溴化铵质量占混合溶液质量的4～10％；
(2)然后将胶状物移入反应釜内，密封后将反应物加热至180～190℃分别保温6～8小时，然后自然冷却至室温；
(3)将反应物进行沉淀、离心分离，依次用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，于80℃干燥4小时得到黑色产物为蒲公英状CuO空心微米球。
作为优选，上述制备方法中硝酸铜与尿素的摩尔比为1∶3。
作为优选，上述制备方法中加入的十六烷基三甲基溴化铵质量占混合溶液质量的5～7％。
作为优选，上述制备方法中在反应釜内的装填度为75％，装填度是指反应物料的体积占反应釜体积的百分比。
本发明中制备蒲公英状CuO空心微米球的方法是采用模板水热法，当硝酸铜Cu(NO3)2·3H2O、尿素CO(NH2)2溶于蒸馏水中形成混合溶液，然后加入十六烷基三甲基溴化铵(CTBA)，在磁力搅拌下，使其形成均匀的胶状物；本发明中的反应釜为内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜。
有益效果：本发明制备过程中，所用试剂均为商业产品，无需繁琐制备；本发明工艺可控性强，易操作，成本低，制得的产物纯度高。
附图说明
图1是用本发明方法制得的蒲公英状CuO空心微米球的扫描电镜(SEM)照片；
图2是用本发明方法制得的蒲公英状CuO空心微米球的SEM照片；
图3是用本发明方法制得的蒲公英状CuO空心微米球的X射线衍射(XRD)谱图；
图4是用本发明方法制得的蒲公英状CuO空心微米球的傅立叶红外(FTIR)光谱图。
具体实施方式
以下结合实例进一步说明本发明。
实施例1
将2mmol硝酸铜Cu(NO3)2·3H2O，6mmol尿素CO(NH2)2溶于15mL蒸馏水中，然后加入1g CTAB，在磁力搅拌下，使其形成均匀的胶状物，将胶状物移入体积为20mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜内，装填度为75％，密封后将其加热至180℃分别保温6小时，然后自然冷却至室温。将其中黑色沉淀离心分离，依次用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，于80℃干燥4小时得到产物。将所得黑色的产物直接在扫描电镜下观察(如图1)，可以发现大量直径在5到10微米左右空心球生成。从图2的SEM照片可以明显地看出该蒲公英结构内部有一个空心穴，并且这些微米球由许多微小的晶带组装成。这些晶带垂直排列在球状表面，指向同一个中心。图3的XRD分析表明产物为纯相CuO。图4的FTIR图谱清楚表明CuO吸收峰的存在。在3455cm-1和1634cm-1处的吸收峰分别归因于产物表面水分子的伸缩振动，弯曲振动以及表面的羟基基团。没有检测到其它吸收峰，表明利用模板水热法所制备的产物为纯CuO。
实施例2
将2mmol硝酸铜Cu(NO3)2·3H2O，5mmol尿素CO(NH2)2溶于15mL蒸馏水中，然后加入1g CTAB，在磁力搅拌下，使其形成均匀的胶状物，将胶状物移入体积为20mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜内，装填度为75％，密封后将其加热至180℃分别保温8小时，然后自然冷却至室温。将其中黑色沉淀离心分离，依次用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，于80℃干燥4小时得到产物。产物的形貌，结构和成分等特性均与实施例1相似。
实施例3
将2mmol硝酸铜Cu(NO3)2·3H2O，7mmol尿素CO(NH2)2溶于15mL蒸馏水中，然后加入1g CTAB，在磁力搅拌下，使其形成均匀的胶状物，将胶状物移入体积为20mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜内，装填度为75％，密封后将其加热至190℃分别保温6小时，然后自然冷却至室温。将其中黑色沉淀离心分离，依次用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，于80℃干燥4小时得到产物。产物的形貌，结构和成分等特性均与实施例1相似。
实施例4
将2mmol硝酸铜Cu(NO3)2·3H2O，6mmol尿素CO(NH2)2溶于15mL蒸馏水中，然后加入1g CTAB，在磁力搅拌下，使其形成均匀的胶状物，将胶状物移入体积为20mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜内，装填度为75％，密封后将其加热至190℃分别保温8小时，然后自然冷却至室温。将其中黑色沉淀离心分离，依次用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，于80℃干燥4小时得到产物。产物的形貌，结构和成分等特性均与实施例1相似。
Claims (4)
1.一种制备蒲公英状氧化铜空心微米球的方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)将硝酸铜、尿素溶于蒸馏水中，形成混合溶液，然后往混合溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵，使其形成均匀的胶状物；其中硝酸铜与尿素的摩尔比为1∶2～4；硝酸铜和尿素的摩尔总数与蒸馏水的摩尔比为1∶100～105；加入的十六烷基三甲基溴化铵质量占混合溶液质量的4～10％；
(2)然后将胶状物移入反应釜内，密封后将反应物加热至180～190℃分别保温6～8小时，然后自然冷却至室温；
(3)将反应物进行沉淀、离心分离，依次用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，于80℃干燥4小时得到黑色产物为蒲公英状CuO空心微米球。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于硝酸铜与尿素的摩尔比为1∶3。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于加入的十六烷基三甲基溴化铵质量占混合溶液质量的5～7％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在反应釜内的装填度为75％。
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