CN104477967A - 一种以碳量子点为还原剂制备氧化亚铜微晶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及氧化亚铜，提供了一种以碳量子点为还原剂合成具有特殊形貌的氧化亚铜微晶。所述的碳量子点是以青草为原料，利用水热法得到碳量子点。所述的氧化亚铜的合成是以碳量子点为还原剂，以铜盐为铜源，在表面活性剂和NaOH溶液的存在下，利用水热法，经过水洗，醇洗以及离心烘干得到一种局域特殊形貌的氧化亚铜微晶。该方法制备的氧化亚铜为微米尺寸且尺寸形貌分布均匀，纯度高。

Description

一种以碳量子点为还原剂制备氧化亚铜微晶的方法
技术领域
本发明涉及一种以碳量子点为还原剂制备氧化亚铜微晶的方法；制备工艺简单，原料环保，廉价易得，产品纯度高。
技术背景
作为一种重要的P型金属氧化物半导体材料，氧化亚铜在光电转换，气体传感，光催化等领域存在潜在的价值而受到国内外学者的广泛关注；在过去的研究中发现氧化亚铜的性质与其形貌及粒径大小之间具有重要的联系；例如，在以氧化亚铜为催化剂光催化降解甲基橙的过程中发现，暴露(100)晶面的立方状氧化亚铜催化活性明显低于暴露(111)晶面的正八面体型氧化亚铜，Cao等人发现立方状氧化亚铜的光催化活性随着其粒径的减小而增加（Materials Letters, 2014, 114, 88）；由于氧化亚铜形貌对其性质具有重要的影响，因而控制合成具有特定尺寸、形貌的氧化亚铜一直是国内外研究的热点；在过去的几年中，许多具有特定形貌的微纳米材料被先后合成，例如：立方体状、正八面体状、球状、纳米线状、纳米管状等。
碳量子点是一种新型的碳纳米材料，其具有无毒，对环境无害，合成成本低等优点而被广泛应用于生物成像，光催化，重金属离子检测等领域，在过去制备氧化亚铜的实验中，通常采用的还原剂为小分子化合物，如：抗坏血酸、水合肼、多元醇等。相对于上述所采用的还原剂，本实验中所用的碳量子点还原剂具有廉价易得、环保、稳定等优点。
迄今为止，尚未发现有人采用以青草为原料制备的碳量子点为还原剂水热还原制备氧化亚铜，该方法制备的氧化亚铜为微米尺寸且尺寸形貌分布均匀，纯度高。
发明内容
本发明目的是提供一种以水热青草所制备的碳量子点为还原剂，水热合成氧化亚铜微晶的方法。
本发明通过以下步骤实现：
（1）制备碳量子点还原剂：称取一定量的青草置于内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，加入蒸馏水，水热反应；过滤得到碳量子点溶液。
（2）称取一定质量铜盐，加入蒸馏水、NaOH溶液、碳量子点溶液、表面活性剂，磁力搅拌后，转移到水热釜中，水热反应后；得到的产物用水和醇洗净，离心，烘干，得到氧化亚铜。
步骤1中青草为结缕草，剪股颖或钝叶草；每10~30 mL的蒸馏水加入2~6 g的青草。
步骤1中，水热反应温度为160~200oC，反应时间为2~6 h。
步骤2中，铜盐，NaOH溶液，表面活性剂，碳量子点溶液和蒸馏水的质量体积比为：255 mg：10~20 mL：200~800 mg：8 mL：10 mL；其中NaOH溶液的浓度为1 mol/L。
步骤2中，铜盐为CuCl22H2O，Cu(NO3) 3H2O或CuSO45H2O。
步骤2中，表面活性剂为聚乙二醇，其分子量为2000。
步骤2中搅拌时间为10~150 min，搅拌速率为100~1500 r/min。
步骤2中水热反应的温度为160~200℃，水热反应的时间为6~10 h。
水洗时所用水为蒸馏水，醇洗时所用的醇为无水乙醇。
氧化亚铜的形貌为分级球状氧化亚铜、球形氧化亚铜或花状氧化亚铜；利用 X 射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对产物进行形貌结构分析。
附图说明
图1为所制备碳量子点的透射电镜图，从图中可以看出水热青草所制备的碳量子点粒径在3-5 nm，分散性好。
图2为所制备三种不同形貌氧化亚铜微晶样品的XRD衍射谱图，图中衍射峰均与立方相氧化亚铜标准卡片一一对应；a：分级球状Cu2O；b：球形Cu2O；c：花状Cu2O。
图3为所制备的不同形貌氧化亚铜微晶的扫描电镜照片：a，b：分级球状Cu2O；c，d：球形Cu2O；e，f：花状Cu2O。
具体实施方式
实施例1 碳量子点的制备
碳量子点的制备采用的是水热合成法：称取4 g的青草于50 mL的聚四氟乙烯的反应釜中，而后加入20 mL蒸馏水，而后置于180oC的干燥箱中保温4 h，取出反应釜待自然冷却至室温后，过滤掉固体杂质得到碳量子点溶液。
实施例2 分级球状氧化亚铜的制备
将255 mg的Cu(NO3) 3H2O溶于10 mL蒸馏水中，而后加入10 mL NaOH溶液（1 mol/L），滴加完后加入600 mg的聚乙二醇 2000和8 mL所制备的碳量子溶液，混合溶液1500 r/min搅拌10 min，然后转移到50 mL聚四氟乙烯的反应釜中，放入烘箱中，180oC下反应8 h，取出反应釜自然冷却至室温；将所得样品用去离子水和无水乙醇分别清洗3次，离心后置于真空干燥箱内60oC干燥8 h。
实施例3 球形氧化亚铜的制备
将255 mg的CuCl22H2O溶于10 mL蒸馏水中，而后加入20 mL NaOH溶液（1 mol/L），滴加完后加入800 mg的聚乙二醇 2000和8 mL所制备的碳量子溶液，混合溶液100 r/min搅拌150 min，然后转移到50 mL聚四氟乙烯的反应釜中，放入烘箱中，200oC下反应6 h，取出反应釜自然冷却至室温；将所得样品用去离子水和无水乙醇分别清洗3次，离心后置于真空干燥箱内60oC干燥8 h。
实施例4 花状氧化亚铜的制备
将255 mg的CuCl22H2O溶于10 mL蒸馏水中，而后加入20 mL NaOH溶液（1 mol/L），滴加完后加入200 mg的聚乙二醇 2000和8 mL所制备的碳量子溶液，混合溶液900 r/min搅拌80 min，然后转移到50 mL聚四氟乙烯的反应釜中，放入160oC的烘箱中反应10 h，取出反应釜自然冷却至室温；将所得样品用蒸馏水和无水乙醇分别清洗3次，离心后置于真空干燥箱内60oC干燥8 h。

Claims (10)

1.一种以碳量子点为还原剂制备氧化亚铜微晶的方法，其特征在于：称取一定质量铜盐，加入蒸馏水、NaOH溶液、碳量子点溶液和表面活性剂，磁力搅拌后，转移到水热釜中，水热反应后；得到的产物用水和醇洗净，离心，烘干，得到氧化亚铜。
2.如权利要求1所述的一种以碳量子点为还原剂制备氧化亚铜微晶的方法，其特征在于所述碳量子点溶液的制备方法如下：称取一定量的青草置于内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，加入蒸馏水，水热反应；过滤得到碳量子点溶液。
3.如权利要求2所述的一种以碳量子点为还原剂制备氧化亚铜微晶的方法，其特征在于：所述青草为结缕草，剪股颖或钝叶草；每10~30 mL的蒸馏水加入2~6 g的青草。
4.如权利要求2所述的一种以碳量子点为还原剂制备氧化亚铜微晶的方法，其特征在于：水热反应温度为160~200oC，反应时间为2~6 h。
5.如权利要求1所述的一种以碳量子点为还原剂制备氧化亚铜微晶的方法，其特征在于：铜盐，NaOH溶液，表面活性剂，碳量子点溶液和蒸馏水的质量体积比为：255 mg：10~20 mL：200~800 mg：8 mL：10 mL；其中NaOH溶液的浓度为1 mol/L。
6.如权利要求1或5所述的一种以碳量子点为还原剂制备氧化亚铜微晶的方法，其特征在于：铜盐为CuCl2·2H2O，Cu(NO3) ·3H2O或CuSO4·5H2O。
7.如权利要求1或5所述的一种以碳量子点为还原剂制备氧化亚铜微晶的方法，其特征在于：表面活性剂为聚乙二醇，其分子量为2000。
8.如权利要求1所述的一种以碳量子点为还原剂制备氧化亚铜微晶的方法，其特征在于：搅拌时间为10~150 min，搅拌速率为100~1500 r/min。
9.如权利要求1所述的一种以碳量子点为还原剂制备氧化亚铜微晶的方法，其特征在于：水热反应的温度为160~200℃，水热反应的时间为6~10 h。
10.如权利要求1所述的一种以碳量子点为还原剂制备氧化亚铜微晶的方法，
其特征在于：水洗时所用水为蒸馏水，醇洗时所用的醇为无水乙醇。
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