CN111252800A - 一种纳米氧化亚铜光电材料的制备方法 - Google Patents

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袁斌霞
***
蔡晓东
方欣怡
李敏
王道累
朱瑞
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Shanghai Electric Power University
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Abstract

本发明涉及一种纳米氧化亚铜光电材料的制备方法，包括：S1：将乙酸铜和葡萄糖粉体溶于无水乙醇中，搅拌均匀，得到蓝色悬浮液A；S2：将蓝色悬浮液A转移至反应容器中，在75℃～85℃条件下密封恒温反应；S3：反应结束后，移出反应容器中的上层清液，取出沉淀物，并用无水乙醇分离2～3次，获得纳米氧化亚铜光电材料的红色粉末，自然干燥保存。与现有技术相比，本发明基于恒温水浴法实现了纳米Cu2O光电材料的合成，仅采用无水乙醇作为溶剂，并采用乙酸铜作为铜源，无有害气体产生；使用的方法工艺简单、操作方便及环境友好，并且所得产物性能稳定、均一度好、纯度高、粒径小等优势，降低了合成成本，可实现工业化的应用。

Description

一种纳米氧化亚铜光电材料的制备方法
技术领域
本发明涉及光电材料的制备方法，尤其是涉及一种纳米氧化亚铜光电材料的制备方法。
背景技术
纳米氧化亚铜(Cu2O)是新型的可被可见光激发P型半导体材料，其直接禁带宽度为2.17eV，具有无毒、带隙窄、原材料丰富、较高的可见光吸收性能等优点，在异质结太阳能电池、光辅助催化剂等领域有广泛的应用。另外，氧化亚铜也是重要的化工原料。在工业方面，作为一种不可或缺的防腐材料，多用作船舶防污底漆涂料；也被用作玻璃表面改性材料以及有机工业催化剂等。在生物医学方面，起着抑菌杀菌的作用，其作用机理是氧化亚铜中的铜离子透过病原体细胞，使蛋白质变性凝固。纳米级的氧化亚铜因具有量子尺寸效应，其独特的光学、电学及光电化学性质被应用于太阳能电池、传感器、超导体和电致变色等方面。
目前，采用有机溶剂等其它有毒原料制备氧化亚铜的方法已很多，这可能会对环境和城市造成污染，不利于环境可持续发展。而经济、高效、绿色、环保的制备技巧是可持续发展的必要手段。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种纳米氧化亚铜光电材料的制备方法，本发明的Cu2O纳米晶光电材料基于水浴法获得，反应原料无毒，反应溶剂为无水乙醇。同时，反应过程安全可靠、不释放有害气体；操作方便，合成方法简单，所得反应产物稳定性好、纯度高。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明中纳米氧化亚铜光电材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将乙酸铜和葡萄糖粉体溶于无水乙醇中，搅拌均匀，得到蓝色悬浮液A；
S2：将蓝色悬浮液A转移至反应容器中，在75℃～85℃条件下密封恒温反应。根据本发明的纳米Cu2O光电材料的合成方法，当反应温度小于70℃时，大部分反应原料不能完全转化，产品转化率低。因此合成温度范围以75℃-85℃为宜。当反应温度太高，大于85℃，溶剂酒精挥发太快，不利于反应，容易挥发干。在此温度范围内，均能获得较优的纳米晶Cu2O光电材料，且能保证晶粒的产量。
S3：反应结束后，移出反应容器中的上层清液，取出沉淀物，并用无水乙醇分离2～3次，获得纳米氧化亚铜光电材料的红色粉末，自然干燥保存。
进一步地，S1中加入的乙酸铜和葡萄糖的摩尔比为1:2。
进一步地，S2中反应时间为1～12h。当反应时间小于1h时，大部分反应原料不能完全转化，产品转化率极低，当反应时间大于12h，所得样品尺寸变大。因此合成时间范围以1h-12h为宜。在此时间范围内，均能获得晶型较好的纳米晶Cu2O光电材料。
进一步地，S2采用水浴加热的形式对反应器进行加热，以此保证温度的均匀性。
进一步地，S2中对反应器进行防水密封，避免水分子进入反应器。
进一步地，S1中搅拌均匀后，使得蓝色悬浮液A的体积与加入的无水乙醇的体积比为4:5。
进一步地，S2中采用热电偶、微处理器、加热器构成的反馈加热***实现控温。通过热电偶实时采集反应温度，并将温度值以电信号的形式发送至微处理器，微处理器与加载程序中的预设值进行对比，并向加热器输出电指令信号，控制加热器的温度调节至目标值。通过精确的控温为纳米Cu2O光电材料的合成提供了良好的形核与生长环境。
进一步地，S3中获得的纳米氧化亚铜光电材料为纳米晶结构。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明基于恒温水浴法实现了纳米Cu2O光电材料的合成，仅采用无水乙醇作为溶剂，并采用乙酸铜作为铜源，无有害气体产生。
2)本发明使用的方法工艺简单、操作方便及环境友好，并且所得产物性能稳定、均一度好、纯度高、粒径小等优势，降低了合成成本，可实现工业化的应用。
附图说明
图1为实施例2中Cu2O样品的X射线衍射图；
图2为实施例2中Cu2O样品的TEM图。
图3为实施例2中Cu2O样品的HRTEM图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
将1mmol乙酸铜、2mmol葡萄糖、50ml无水乙醇在磁力搅拌器的作用下搅拌10min后，全部移到50ml烧杯中，并在恒温反应器中加热到80℃，并保持1h。反应结束后，移出上层清液，取出沉淀物，并用乙醇分离2～3次，获得红色粉末的纳米氧化亚铜光电材料，自然干燥保存。
实施例2：
除以下不同外，其他如同实施例1，获得本发明的Cu2O光电材料。
将2mmol乙酸铜、4mmol葡萄糖、50ml无水乙醇在磁力搅拌器的作用下搅拌10min后，全部移到50ml烧杯中，并在恒温反应器中加热到75℃，并保持2h。反应结束后，移出上层清液，取出沉淀物，并用乙醇分离2～3次，获得红色粉末，自然干燥保存。
根据上述实施例，最终所得样品均通过X射线衍射表征了其相结构，与Cu2O的标准卡片(JCPDS NO.75-1531)一一对应；并通过透射扫描电镜(TEM)表征了其形貌特征，获得了纳米晶结构。
图1展示了Cu2O样品的X射线衍射图，通过Jade软件分析，其衍射峰与Cu2O的标准卡片(JCPDS NO.75-1531)一一对应。衍射角2θ为29.63°、36.50°、42.40°、61.7°、73.69°时，分别对应于立方晶体结构氧化亚铜的(110)、(111)、(200)、(220)、(311)晶面。另外，也没有观察到除了氧化亚铜以外的其它杂相，证明所得样品为纯的氧化亚铜晶体；较宽的衍射峰表明该样品结晶颗粒比较小。
图2展示了所得氧化亚铜样品的透射电镜照片。从TEM照片可以看出所得纳米晶颗粒较小。
图3展示了所得氧化亚铜样品的高分辨投射电镜照片。从HRTEM照片可以看出明显的晶格条纹，说明所得样品为晶体结构。结合图2和图3可见本实施例中中原料的选择、温控、中间处理方法，为晶颗粒的均匀生长营造了良好的环境，并保证了生长的均匀性，保证了粒径分布，粒径均约为8nm左右。
本实施例还在保证投料条件不变的情况下实验了75℃以下的反应温度，通过TEM发现其产量显著降低，而-85℃以上时产量也较低，且溶剂大量减少，导致粒径分布不均。
本发明基于水热法实现了纳米晶Cu2O光电材料的合成，从反应原料到反应过程均不存在有毒有害的物质，实现了环境友好的技术路线。本发明使用的方法工艺简单、操作方便及环境友好，并且所得产物性能稳定、纯度高等优势，降低了合成成本。本发明可推广到其它氧化物的合成。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种纳米氧化亚铜光电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将乙酸铜和葡萄糖粉体溶于无水乙醇中，搅拌均匀，得到蓝色悬浮液A；
S2：将蓝色悬浮液A转移至反应容器中，在75oC～85oC条件下密封恒温反应；
S3：反应结束后，移出反应容器中的上层清液，取出沉淀物，并用无水乙醇分离2～3次，获得纳米氧化亚铜光电材料的红色粉末，自然干燥保存。
2.根据权利要求1所述的一种纳米氧化亚铜光电材料的制备方法，其特征在于，S1中加入的乙酸铜和葡萄糖的摩尔比为1:2。
3.根据权利要求1所述的一种纳米氧化亚铜光电材料的制备方法，其特征在于，S2中反应时间为1～12h。
4.根据权利要求1所述的一种纳米氧化亚铜光电材料的制备方法，其特征在于，S2采用水浴加热的形式对反应器进行加热。
5.根据权利要求4所述的一种纳米氧化亚铜光电材料的制备方法，其特征在于，S2中对反应器进行防水密封，避免水分子进入反应器。
6.根据权利要求1所述的一种纳米氧化亚铜光电材料的制备方法，其特征在于，S1中搅拌均匀后，使得蓝色悬浮液A的体积与加入的无水乙醇的体积比为4:5。
7.根据权利要求1所述的一种纳米氧化亚铜光电材料的制备方法，其特征在于，S2中采用热电偶、微处理器、加热器构成的反馈加热***实现控温。
8.根据权利要求1所述的一种纳米氧化亚铜光电材料的制备方法，其特征在于，S3中获得的纳米氧化亚铜光电材料为纳米晶结构。
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