RU2464224C1

RU2464224C1 - Method of producing copper oxide nanowhisker structures

Info

Publication number: RU2464224C1
Application number: RU2011120668/05A
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Вакарин (RU); Сергей Викторович Вакарин; Александра Андреевна Меляева (RU); Александра Андреевна Меляева; Ольга Леонидовна Семерикова (RU); Ольга Леонидовна Семерикова; Владимир Степанович Кондратюк (RU); Владимир Степанович Кондратюк; Александр Алексеевич Панкратов (RU); Александр Алексеевич Панкратов; Сергей Владимирович Плаксин (RU); Сергей Владимирович Плаксин; Юрий Павлович Зайков (RU); Юрий Павлович Зайков
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-10-20

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to high-temperature electrochemistry, particularly to electrolytic production of copper oxide nanowhisker structures, and can be used in catalyst engineering. Molten polytungstate, containing 10 mol % K₂WO₄, 55 mol % LI₂WO₄ and 35 mol % WO₃, undergoes electrolysis in a pulsed potentiostatic mode. The voltage is equal to 1060-1090 mV and pulse duration is equal to 0.1 s. A platinum anode is used. The cathode used is copper foil.

EFFECT: method enables to obtain copper oxide nanowhisker structures.

3 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к области высокотемпературной электрохимии, в частности к электролитическому получению нановискерных структур оксида меди, и может быть использовано для получения катализаторов при парофазном и жидкофазном окислении в технологиях органического синтеза: получение метанола, витаминов, органических кислот, а также для получения покрытий в селективных поглотителях солнечной энергии.The invention relates to the field of high-temperature electrochemistry, in particular to the electrolytic production of nanowhisker structures of copper oxide, and can be used to obtain catalysts for vapor-phase and liquid-phase oxidation in organic synthesis technologies: the production of methanol, vitamins, organic acids, as well as to obtain coatings in selective absorbers solar power.

Известен способ получения нанокристаллического оксида меди (Заявка WO 2009144035, опубл. 2009 г.). Согласно изобретению исходное соединение меди вносят в реакционную камеру, термически обрабатывают путем пульсирующего потока при температуре от 200 до 500°C и выводят полученный материал оксида меди из реактора. Описание к WO 2009144035 не содержит информации о том, что известным способом можно получать нановискерные структуры оксида меди.A known method of producing nanocrystalline copper oxide (Application WO 2009144035, publ. 2009). According to the invention, the starting copper compound is introduced into the reaction chamber, thermally treated by a pulsating stream at a temperature of 200 to 500 ° C., and the obtained copper oxide material is removed from the reactor. The description of WO2009144035 does not contain information that nanovisker structures of copper oxide can be obtained in a known manner.

Таким образом, из уровня техники сведения по получению нановискерных структур оксида меди (CuO) не обнаружены.Thus, from the prior art, information on obtaining nanowhisker structures of copper oxide (CuO) was not found.

В заявляемом изобретении получение нановискерных структур оксида меди включает электролиз поливольфраматного расплава, содержащего 10 мол.% K₂WO₄, 55 мол.% Li₂WO₄ и 35 мол.% WO₃, в импульсном потенциостатическом режиме при напряжении 1060-1090 мВ и длительности импульса напряжения 0.1 сек с применением платинового анода, при этом в качестве катода используют медную фольгу.In the claimed invention, the preparation of nanovisker structures of copper oxide includes the electrolysis of a polytungstate melt containing 10 mol.% K ₂ WO ₄ , 55 mol.% Li ₂ WO ₄ and 35 mol.% WO ₃ in a pulsed potentiostatic mode at a voltage of 1060-1090 mV and a voltage pulse duration of 0.1 sec using a platinum anode, with copper foil being used as a cathode.

В результате экспериментального осуществления заявленного способа установлено, что формирование указанных структур происходит в результате электрохимического процесса. Предположительно, образование этих структур связано с ионизацией растворенного в расплаве кислорода и последующего его взаимодействия с медной подложкой.As a result of experimental implementation of the claimed method, it was found that the formation of these structures occurs as a result of an electrochemical process. Presumably, the formation of these structures is associated with the ionization of oxygen dissolved in the melt and its subsequent interaction with the copper substrate.

Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в получении нановискерных структур оксида меди (CuO).A new technical result achieved by the claimed invention is to obtain nanowhisker structures of copper oxide (CuO).

Заявленный способ осуществляют следующим образом.The claimed method is as follows.

В ходе электролизного получения нановискерных структур оксида меди поддерживают температуру 700°C. В качестве анода используют платиновую проволоку, а в качестве электрода сравнения - платиновую фольгу площадью 1 см², полупогруженную в расплав.During the electrolysis of obtaining nanovisker structures of copper oxide, a temperature of 700 ° C is maintained. A platinum wire is used as an anode, and a platinum foil with an area of 1 cm ² half-submerged in the melt is used as a reference electrode.

Одиночный импульс напряжения прямоугольной формы и определенной длительности подают на ячейку, величина напряжения при этом составляет 1060-1090 мВ. Источником питания служит потенциостат ПИ-50-1. Длительность и величину импульса напряжения задают с помощью программатора ПР-8.A single voltage pulse of a rectangular shape and a certain duration is applied to the cell, the voltage value being 1060-1090 mV. The power source is a potentiostat PI-50-1. The duration and magnitude of the voltage pulse is set using the PR-8 programmer.

При этом на медном катоде формируется поликристаллический осадок. Для изучения осадка использовали различные методы: рентгеноспектральный, рентгеноструктурный и электронной микроскопии. Морфологию осадков определяли с помощью электронного микроскопа JSM-5900 LV.At the same time, a polycrystalline precipitate forms on the copper cathode. Various methods were used to study the precipitate: X-ray spectral, X-ray diffraction, and electron microscopy. Precipitation morphology was determined using a JSM-5900 LV electron microscope.

Исследования показали, что полученный материал представляет собой нановискерные структуры оксида меди CuO, состоящие из вискеров толщиной порядка 100 нм и длиной несколько микрон.Studies have shown that the material obtained is a nanovisker structure of copper oxide CuO, consisting of whiskers with a thickness of about 100 nm and a length of several microns.

Пример 1. Нановискерные структуры получали электролизом расплава 10 мол.% K₂WO₄, 55 мол.% Li₂WO₄ и 35 мол.% WO₃ с использованием платинового анода. На ячейку подавали одиночный импульс напряжения величиной 1060 мВ, длительностью 0.1 сек. При этом на медном катоде формировался поликристаллический осадок, состоящий из вискерных структур CuO (фиг.1). Диаметр вискеров 100 нм, их длина - 800-2300 нм.Example 1. Nano-viscous structures were obtained by melt electrolysis of 10 mol% K ₂ WO ₄ , 55 mol% Li ₂ WO ₄ and 35 mol% WO ₃ using a platinum anode. A single voltage pulse of 1060 mV in duration of 0.1 s was applied to the cell. At the same time, a polycrystalline precipitate was formed at the copper cathode, consisting of whisker structures CuO (Fig. 1). The diameter of the whiskers is 100 nm, their length is 800-2300 nm.

Пример 2. Нановискерные структуры получали электролизом расплава 10 мол.% K₂WO₄, 55 мол.% Li₂WO₄ и 35 мол.% WO₃ с использованием платинового анода. На ячейку подавали импульс напряжения величиной 1090 мВ, длительностью 0.1 сек. При этом на медном катоде формировался поликристаллический осадок, состоящий из вискерных структур CuO (фиг.2). Диаметр вискеров 100 нм, их длина 1700-3000 нм.Example 2. Nano-viscous structures were obtained by melt electrolysis of 10 mol.% K ₂ WO ₄ , 55 mol.% Li ₂ WO ₄ and 35 mol.% WO ₃ using a platinum anode. A voltage pulse of 1090 mV in duration of 0.1 sec was applied to the cell. At the same time, a polycrystalline precipitate was formed on the copper cathode, consisting of whisker structures CuO (Fig. 2). The diameter of the whiskers is 100 nm, their length is 1700-3000 nm.

Пример 3. Проводили электролиз расплава 10 мол.% K₂WO₄, 55 мол.% Li₂WO₄ и 35 мол.% WO₃ с использованием платинового анода. На ячейку подавали импульс напряжения величиной 1110 мВ, длительностью 0.1 сек. При этом на медном катоде вискерные структуры CuO получены не были (фиг.3).Example 3. The electrolysis of the melt was carried out 10 mol.% K ₂ WO ₄ , 55 mol.% Li ₂ WO ₄ and 35 mol.% WO ₃ using a platinum anode. A voltage pulse of 1110 mV in duration of 0.1 s was applied to the cell. At the same time, no whisker structures of CuO were obtained at the copper cathode (Fig. 3).

Таким образом, приведенные данные подтверждают, что совокупность заявленных признаков способа обеспечивает получение нановискерных структур оксида меди CuO.Thus, the data presented confirm that the totality of the claimed features of the method provides for the production of nanowhisker structures of copper oxide CuO.

Claims

Способ получения нановискерных структур оксида меди, характеризующийся тем, что нановискерные структуры получают электролизом поливольфраматного расплава, содержащего 10 мол.% K₂WO₄, 55 мол.% Li₂WO₄ и 35 мол.% WO₃, в импульсном потенциостатическом режиме при напряжении 1060-1090 мВ и длительности импульса напряжения 0,1 с с применением платинового анода, при этом в качестве катода используют медную фольгу. A method of producing nanowhisker structures of copper oxide, characterized in that the nanowhisker structures are obtained by electrolysis of a polytungstate melt containing 10 mol.% K ₂ WO ₄ , 55 mol.% Li ₂ WO ₄ and 35 mol.% WO ₃ , in a pulsed potentiostatic mode at voltage 1060-1090 mV and a voltage pulse duration of 0.1 s using a platinum anode, with copper foil being used as a cathode.