一种快速制备粒径与形貌可控的铜纳米粒子的方法技术

本发明专利技术主要属于铜纳米粒子制备领域，具体涉及一种快速制备粒径与形貌可控的铜纳米粒子的方法。所述方法以乙二醇作为溶剂、以抗坏血酸作为还原剂、以铜盐为原料，并添加碱溶液，以实现在乙二醇溶液中还原制备铜纳米粒子。当碱溶液为氨水或氢氧化钠溶液时，铜纳米粒子的粒径大小能够通过控制碱溶液或铜盐的加入量进行调控。当碱溶液为氨水时，铜纳米粒子的形貌能够通过控制氨水的加入量进行调控。本发明专利技术操作简单，一步即可完成，反应时间短，不需要高温条件，节能环保。同时，不需要额外添加粒子的表面活性剂及稳定剂，制备得到的铜纳米粒子粒度均一。

【技术实现步骤摘要】
一种快速制备粒径与形貌可控的铜纳米粒子的方法
本专利技术主要属于铜纳米粒子制备领域，具体涉及一种在溶液中快速制备粒径、形貌均可调控并且抗氧化性能优良的铜纳米粒子的方法，反应中无需另添加任何表面活性剂和稳定剂，不需要100℃以上的高温。
技术介绍
金属纳米粒子由于其尺寸和形貌的特殊性而具有不同于其块状金属材料的物理化学性质，在催化材料、纳米器件、光电材料、半导体材料及生物医学材料等领域得到了广泛的应用。然而，目前对于金属纳米粒子的合成研究主要集中于金、银等贵金属纳米粒子上。相比于金、银纳米粒子，铜纳米粒子由于性质更为活泼，极易氧化，因此反应条件较为苛刻，常需要在100℃以上的高温以及惰性气体保护下进行，并且需要添加各种表面活性剂用来控制纳米粒子的形貌和尺寸，合成过程繁琐耗时。但同时，铜纳米粒子具有优异的催化、光学及电传导性能，而且铜的资源丰富，价格低廉，比起金、银纳米粒子更具经济优势。越来越多的研究者开始关注铜纳米粒子的研究。
技术实现思路
针对已报道的有关制备铜纳米粒子研究中，反应过程需要高温，加入表面活性剂以及较长的反应时间的缺点，本专利技术提供一种快速制备粒径与形貌可控的铜纳米粒子的方法，该方法无需较高温度及表面活性剂的添加，反应操作简单，半小时内一步完成，并且制备的铜纳米粒子的形貌及粒径可调控。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种快速制备粒径与形貌可控的铜纳米粒子的方法，所述方法以乙二醇作为溶剂、以抗坏血酸作为还原剂、以铜盐为原料，并添加碱溶液，以实现在乙二醇溶液中还原制备铜纳米粒子。进一步地，当碱溶液为氨水或氢氧化钠溶液时，铜纳米粒子的粒径大小能够通过控制碱溶液或铜盐的加入量进行调控。进一步地，当碱溶液为氨水时，铜纳米粒子的形貌能够通过控制氨水的加入量进行调控。进一步地，所述方法包括以下步骤：（1）以乙二醇作为溶剂，分别配置抗坏血酸的乙二醇溶液和铜盐的乙二醇溶液；（2）在容器中依次加入抗坏血酸的乙二醇溶液、铜盐的乙二醇溶液、适量的碱溶液，搅拌并加热反应一段时间；（3）将步骤（2）反应后的溶液冷却至室温，离心，用去离子水洗涤，用去离子水分散，即得铜纳米粒子的分散液，干燥后，可得铜纳米粒子粉末，该铜纳米粒子粉末具有一定粒径大小及粒子形貌。进一步地，步骤（1）中，制备获得的所述抗坏血酸的乙二醇溶液的浓度为0.04摩尔/升至0.22摩尔/升，制备获得的所述铜盐的浓度为5毫摩尔/升至70毫摩尔/升。进一步地，步骤（1）中，采用的铜盐为五水合硫酸铜、无水硫酸铜、乙酰丙酮铜、氯化铜或硝酸铜。进一步地，步骤（2）中，采用的碱溶液为氨水或氢氧化钠溶液；当所述碱溶液采用氨水时，控制氨水在反应体系中的浓度为0.05摩尔/升至0.5摩尔/升；当所述碱溶液采用氢氧化钠溶液时，控制氢氧化钠在反应体系中的浓度为0.02摩尔/升至0.25摩尔/升。进一步地，在步骤（2）中，加入的抗坏血酸的乙二醇溶液和加入的铜盐的乙二醇溶液体积相等。进一步地，步骤（2）中，加热反应温度为65℃至100℃，加热反应的时间为5分钟至30分钟。进一步地，所述方法制备获得的铜纳米粒子的粒径范围为50-800纳米；所述方法制备获得的铜纳米粒子的形貌能够由不规则立方体调控为爆米花状球体，并且形貌均匀，粒度均一。本专利技术的有益技术效果：本专利技术专利所述方法在铜纳米粒子的合成过程中，选用乙二醇代替水溶液作为反应溶剂，减少铜纳米粒子被氧化的可能；选用抗坏血酸作为还原剂，相比于常用的硼氢化钠、肼类还原剂，具有更好的生物兼容性，减轻环境污染负担。选用氨水作为pH调节剂，一方面利用氨水对体系pH值的影响调控抗坏血酸的还原能力，另一方面利用氨水与铜离子的配位作用，控制铜纳米粒子的成核与生长速率。此反应方法，无需额外氮气保护，无需另添加任何表面活性剂，仅通过简单地改变原料配比即可以将铜纳米粒子的尺寸在较大范围内进行调控，而铜纳米粒子的形貌也可以由不规则多面体向爆米花状球型调控，得到的纳米粒子尺寸均一；并且由于不添加表面活性剂，因此洗涤步骤简单，产物的产率及纯度较高。由于铜纳米粒子形成过程中，抗坏血酸分子及乙二醇分子均能吸附在铜纳米粒子表面，起到很好的稳定粒子的作用，经过离心洗涤，铜纳米粒子的水分散液能在密封条件下长时间稳定保存。另外，此反应在温度低于100℃时即可顺利进行，反应时间仅需5至30分钟，大大减少了反应过程的能耗。整个反应操作简单，可重复性高。与已报道的铜纳米粒子的制备方法相比，本专利技术具有以下突出优点：反应过程无需表面活性剂的添加；反应时间短；反应不需高温；产物粒径可控（例如小于100纳米、100至200纳米、200至500纳米、500纳米以上）；产物形貌可由不规则立方体调控为爆米花状球体，并且形貌均匀，粒度均一。附图说明图1为一种快速制备粒径与形貌可控的铜纳米粒子的方法示意图；附图标记：1.为反应容器、2.为反应原料、3.为多面体状铜纳米粒子、4.为爆米花状球体铜纳米粒子。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本专利技术有更好的了解，在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。如图1所示，一种快速制备粒径与形貌可控的铜纳米粒子的方法，所述方法包括以下步骤：（1）以乙二醇作为溶剂，分别配置抗坏血酸的乙二醇溶液和铜盐的乙二醇溶液；制备获得的所述抗坏血酸的乙二醇溶液的浓度为0.04摩尔/升至0.22摩尔/升，制备获得的所述铜盐的浓度为5毫摩尔/升至70毫摩尔/升；采用的铜盐为五水合硫酸铜、无水硫酸铜、乙酰丙酮铜、氯化铜或硝酸铜。（2）在容器中依次加入抗坏血酸的乙二醇溶液、铜盐的乙二醇溶液、适量的碱溶液，搅拌并加热反应一段时间；采用的碱溶液为氨水或氢氧化钠溶液；当所述碱溶液采用氨水时，控制氨水在反应体系中的浓度为0.05摩尔/升至0.5摩尔/升；当所述碱溶液采用氢氧化钠溶液时，控制氢氧化钠在反应体系中的浓度为0.02摩尔/升至0.25摩尔/升；加入的抗坏血酸的乙二醇溶液和加入的铜盐的乙二醇溶液体积相等。加热反应温度为65℃至100℃，加热反应的时间为5分钟至30分钟。（3）将步骤（2）反应后的溶液冷却至室温，离心，用去离子水洗涤，用去离子水分散，即得铜纳米粒子的分散液，该分散液中含有能长时间稳定存在的铜纳米粒子。可以对步骤（3）制备获得的分散液进行干燥，得到铜纳米粒子粉末，所述方法制备获得的铜纳米粒子的粒径范围为50-800纳米。所述方法制备获得的铜纳米粒子的形貌能够由不规则立方体调控为爆米花状球体，并且形貌均匀，粒度均一。实施例1一种快速制备粒径与形貌可控的铜纳米粒子的方法，所述方法包括以下步骤：（1）以乙二醇作为溶剂，分别配置抗坏血酸的乙二醇溶液和铜盐的乙二醇溶液；制备获得的所述抗坏血酸的乙二醇溶液的浓度为0.22摩尔/升，在本实施例中选择的铜盐为五水合硫酸铜，制备获得的五水合硫酸铜的乙二醇溶液的浓度为0.022摩尔/升。（2）在容器中依次加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速制备粒径与形貌可控的铜纳米粒子的方法，其特征在于，所述方法以乙二醇作为溶剂、以抗坏血酸作为还原剂、以铜盐为原料，并添加碱溶液，以实现在乙二醇溶液中还原制备铜纳米粒子。

【技术特征摘要】
1.一种快速制备粒径与形貌可控的铜纳米粒子的方法，其特征在于，所述方法以乙二醇作为溶剂、以抗坏血酸作为还原剂、以铜盐为原料，并添加碱溶液，以实现在乙二醇溶液中还原制备铜纳米粒子。2.根据权利要求1所述一种快速制备粒径与形貌可控的铜纳米粒子的方法，其特征在于，当碱溶液为氨水或氢氧化钠溶液时，铜纳米粒子的粒径大小能够通过控制碱溶液或铜盐的加入量进行调控。3.根据权利要求1所述一种快速制备粒径与形貌可控的铜纳米粒子的方法，其特征在于，当碱溶液为氨水时，铜纳米粒子的形貌能够通过控制氨水的加入量进行调控。4.根据权利要求1所述一种快速制备粒径与形貌可控的铜纳米粒子的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（1）以乙二醇作为溶剂，分别配置抗坏血酸的乙二醇溶液和铜盐的乙二醇溶液；（2）在容器中依次加入抗坏血酸的乙二醇溶液、铜盐的乙二醇溶液、适量的碱溶液，搅拌并加热反应一段时间；（3）将步骤（2）反应后的溶液冷却至室温，离心，用去离子水洗涤，用去离子水分散，即得铜纳米粒子的分散液，干燥后，可得铜纳米粒子粉末，该铜纳米粒子粉末具有一定粒径大小及粒子形貌。5.根据权利要求4所述一种快速制备粒径与形貌可控的铜纳米粒子的方法，其特征在于，步骤（1）中，制备获得的所述抗坏血酸的乙二醇溶液的浓度为0.04摩尔/升...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立东，唐馥，陈帅，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11