非晶态Cu-B-N-H纳米材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种非晶态Cu‑B‑N‑H纳米材料的制备方法。先是以NH3•H2O和氯化铜为原料形成Cu(NH3)4

【技术实现步骤摘要】
非晶态Cu-B-N-H纳米材料的制备方法
本专利技术涉及纳米材料
，尤其涉及到非晶态Cu-B-N-H纳米材料的制备方法。
技术介绍
氯化氢（HCl）是一种有毒气体，即便短时间暴露在其中也会对人体造成伤害。接触氯化氢气体后产生的症状主要有：出现头痛、头昏、恶心、呼吸困难、胸闷、胸痛等，重者发生肺炎、肺水肿、肺不张以及眼角膜可见溃疡或混浊。并且皮肤直接接触会出现大量的粟粒样红色小丘疹而呈潮红痛热。长期接触较高浓度的氯化氢气体，会导致慢性支气管炎、胃肠功能障碍及牙齿酸蚀症。吸入氯化氢气体后会引起鼻炎、鼻中隔穿孔、牙糜烂、喉炎、支气管炎、肺炎、导致头痛和心悸、有窒息感。同时，长期接触低浓度氯化氢气体会使得皮肤干燥并变土色，也会导致引起咳嗽、头痛、失眠、呼吸困难、心悸亢进、胃剧痛等症状。因此，实时监测和检测HCl的泄漏是非常重要的。因此，如Au/FeOCl、卤化物-卤酸盐电解质溶液和聚合物这些材料，已被研究作为用于实时监测HCl的传感材料。然而，对于实际应用而言，还需要开发更高灵敏度和选择性的传感材料。最近，有研究发现Cu-B是一种高性能的H2S传感材料。同时，碱性基团可以促进聚合物基传感器对HCl选择性吸附。此外将N和H掺入到Co-B可以引入大量的碱性位。受到这些研究结果的启发，因此我们定向地制备了Cu-B-N-H，并探讨其HCl传感性能。
技术实现思路
本专利技术分两步进行，先是以25％的NH3•H2O和氯化铜为原料形成Cu(NH3)42+络合物，然后再采用液相等离子体技术（LPT），使用具有自主知识产权的液相等离子体反应器（技术专利：201420301030.1），以Cu(NH3)42+络合物和NH3BH3为前驱体成功制备出了平均直径为30nm、比表面积为81.7m2.g-1且形状不规则的非晶态Cu-B-N-H纳米材料。将其制备成用于检测HCl气体的传感器，该传感器对浓度低至200ppb的HCl进行检测时呈线性响应关系，检测限为10ppb。本专利技术采用如下的技术方案：本专利技术的非晶态Cu-B-N-H纳米材料的制备方法的具体步骤如下：（1）将40mL的25％NH3•H2O溶液与10mL氯化铜（0.0085mol）混合以形成Cu(NH3)42+络合物；（2）然后，在298K、氩气氛下，加入34mL的1.0mol.L−1NH3BH3水溶液；（3）在等离子体下反应15min过后，收集产品；（4）所得产物用去离子水洗涤，然后用乙醇洗涤3次。最后，将样品在60℃下干燥。步骤（1）中的氯化铜量为00085mol；步骤（1）中NH3•H2O的量为40ml；步骤（1）中NH3•H2O的浓度为25％；步骤（2）中反应温度为298K；步骤（2）中反应保护气为氩气；步骤（2）中NH3BH3的浓度为1.0mol.L−1；步骤（2）中NH3BH3的量为34mL；步骤（3）中反应时间为15min；步骤（3）中液相等离子体反应器两个电极之间的电场为400V.cm-1。本专利技术的积极效果如下：1）本专利技术分两步进行，先是以25％的NH3•H2O和氯化铜为原料形成Cu(NH3)42+络合物，然后再采用液相等离子体技术（LPT），使用具有自主知识产权的液相等离子体反应器（技术专利：201420301030.1），以Cu(NH3)42+络合物和NH3BH3为前驱体成功制备出了平均直径为30nm、比表面积为81.7m2.g-1且形状不规则的非晶态Cu-B-N-H纳米材料。2）传感器对浓度低至200ppb的HCl进行检测时呈线性响应关系，检测限为10ppb。3）与报道的其他传感材料相比，它还对HCl与甲烷、二氧化氮、氢和苯具有非常理想的检测选择性以及出色的HCl传感性能。附图说明图1是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料在不同烧结温度下的XRD图。图2是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料的TEM照片；照片中插图是SAED图片。图3是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料的ToF-SIMS谱图。图4是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料的B1sXPS能谱图。图5是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料的Cu2p3/2XPS能谱图。图6是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料的N1sXPS能谱图。图7是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料对1ppm-10ppm的氯化氢气体浓度的响应灵敏度，响应时间和恢复时间。图8是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料对200ppb-1000ppb的氯化氢气体浓度的响应灵敏度，响应时间和恢复时间。图9是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料对1ppm-10ppm的氯化氢气体的线性响应图。图10是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料对200ppb-1000ppb的氯化氢气体浓度的线性响应图。图11是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料在5ppm和500ppb的氯化氢气体的循环性能图。图12是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料对5ppm的氯化氢气体的再现性循环。图13是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料对5ppm的氯化氢气体响应的湿度影响图。图14是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料和不同的Cu-B-N-H样品对5ppm氯化氢气体的响应图。图15是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料在室温下对5ppm不同气体（甲烷、二氧化氮、氢气和苯）的响应图。图16是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料在氯化氢气体中的吸附和脱附期间的原位DRIFTS光谱图。图17是实施例1所制备非晶态Cu-B-N-H纳米材料在不同氯化氢气体浓度下的电导率变化图。具体实施方式下面的实施例是对本专利技术的进一步详细描述。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1为实现上述目的，具体非晶态Cu-B-N-H纳米材料的制备步骤为：1）将40mL的25％NH3•H2O溶液与10mL氯化铜（0.0085mol）混合以形成Cu(NH3)42+络合物；2）然后，在298K、氩气氛下，加入34mL的1.0mol.L−1NH3BH3水溶液；3）在等离子体下反应15min过后，收集产品；4）所得产物用去离子水洗涤，然后用乙醇洗涤3次。最后，将样品在60℃下干燥。本专利技术的非晶态Cu-B-N-H纳米材料的性能：样品的XRD图谱仅在2θ＝45°左右有唯一的一个宽峰，表明其结晶性很差或为非晶态（图1）。煅烧过后，它分解成金属Cu(JCPDS-85-1326)、晶体CuB23(JCPDS-71-0102)、Cu3N晶体(JCPDS-74-0242)和BN晶体(JCPDS-73-2095)(图1)。图2表明样品具有不规则的形状，其平均直径为30nm。SAED中的光晕（图2中的插图）证实了它为非晶结构。同时，样品的BET表面积高达81.7m2.g-1，这有利于气体分子与吸附位点之间的接触。因此，预计该材料对HCl的吸附具有高活性。而且，样品的原子组成已经证实为CuB20.512N0.409H0.378。ToF-SIMS试验中出现了CuBNH+(m=89)、CuBN2H+(m=本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非晶态Cu‑B‑N‑H纳米材料的制备，其特征在于：所制备方法的具体步骤如下：1）将40mL的25％NH3•H2O溶液与10mL氯化铜（0.0085mol）混合以形成Cu(NH3)42+络合物；2）然后，在298K、氩气氛下，加入34mL的1.0 mol.L−1 NH3BH3水溶液；3）在等离子体下反应15min过后，收集产品；4）所得产物用去离子水洗涤，然后用乙醇洗涤3次，最后，将样品在60 ℃下干燥。

【技术特征摘要】
1.一种非晶态Cu-B-N-H纳米材料的制备，其特征在于：所制备方法的具体步骤如下：1）将40mL的25％NH3•H2O溶液与10mL氯化铜（0.0085mol）混合以形成Cu(NH3)42+络合物；2）然后，在298K、氩气氛下，加入34mL的1.0mol.L−1NH3BH3水溶液；3）在等离子体下反应15min过后，收集产品；4）所得产物用去离子水洗涤，然后用乙醇洗涤3次，最后，将样品在60℃下干燥。2.如权利要求1所述的非晶态Cu-B-N-H纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中的氯化铜量为00085mol。3.如权利要求1所述的非晶态Cu-B-N-H纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中NH3•H2O的量为40ml。4.如权利要求1所述的非晶态Cu-B-N-H纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中NH3•...

【专利技术属性】
技术研发人员：童东革，向德力，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51