负载四氧化三钴的氧化铜纳米棒的合成方法技术

本发明专利技术公开负载四氧化三钴的氧化铜纳米棒的合成方法，利用热生长法制备得到氧化铜纳米棒，并用水热化学法在氧化铜纳米棒上进行四氧化三钴的负载，氧化铜纳米棒的直径为150‑250nm，四氧化三钴为10‑15nm且均匀的包覆在氧化铜纳米棒的表面上。本发明专利技术实施费用低、操作简便，污染低，是一种高效经济的合成方法，同时本发明专利技术的材料结构稳定且具有阴极电催化性能。

Method for synthesizing copper oxide nanorods with four oxidation of three cobalt

Synthesis of copper oxide nanorods is disclosed to load four oxidation three cobalt, copper oxide nanorods prepared by thermal growth method, load and water chemical method separately four oxidation three cobalt in copper oxide nanorods, copper oxide nanorods with a diameter of 150 250nm, four oxygen three cobalt 10 and uniform 15nm the coating on the surface of copper oxide nanorods. The invention has the advantages of low cost, simple operation and low pollution, and is an efficient and economical synthetic method, and the material structure of the present invention is stable and has the cathode electrocatalytic performance.

【技术实现步骤摘要】
负载四氧化三钴的氧化铜纳米棒的合成方法本专利技术申请是母案申请“一种负载四氧化三钴的氧化铜纳米棒及其合成方法”的分案申请，母案申请的申请号为2015101633241，申请日为2015年4月8日。
本专利技术涉及一种新型纳米材料及其合成方法，尤其涉及一种负载四氧化三钴的氧化铜纳米棒及其合成方法。
技术介绍
太阳能转化为化学燃料对当今日益严重的能源问题是一个清洁可持续的解决办法。基于半导体材料的太阳能驱动水分解是人工的光合作用过程，将太阳能储存在产物H2和O2的化学键中。光电化学(PEC)电池广泛用于太阳能电解水装置。因为H2是一种清洁能源，燃烧时只产生水，所以阴极的析氢反应(HER)备受关注。光电化学析氢反应于P型半导体和电解质的界面，为开发高能的光电阴极，能带隙小的材料是首选，此外还要无毒、低成本、耐磨损。氧化铜是P型半导体，由于合成方法及条件的不同，直接带隙范围是从1.3eV到1.8eV。小的带隙能使CuO可以吸收绝大多数的太阳能光谱，直接带隙使CuO比起间接带隙的材料有更大的吸收系数。然而单一相结构CuO在仍然具有一定的局限性，如：(1)CuO表面的析氢反应过电位较高，这是半导体氧化物的常见问题。(2)CuO在阴极电位下不稳定，CuO光电阴极的析氢反应光电流随时间快速衰变。Co3O4结晶为立方晶系，具有正常的AB2O4尖晶石结构，是一种重要的半导体功能材料,高比容量,而且密度也较大,还能承受较大功率的充放电，它具有稳定的化学性质和特定的磁学性能,因此在超级电容器、催化剂、气敏传感器、锂离子电池等许多领域都有广泛的应用，主要的缺点是工作电位较高。专利技术内容本专利技术的目的是提供一种负载四氧化三钴的氧化铜纳米棒及其合成方法，获得一种比表面积大且具有电催化性能的纳米棒结构，此方法具有成本低、制备过程简单的特点。本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现：一种负载四氧化三钴的氧化铜纳米棒，氧化铜纳米棒的直径为150-250nm，四氧化三钴为10-15nm且均匀的包覆在氧化铜纳米棒的表面上，并按照下述步骤进行：步骤1，CuO纳米棒的制备：将纯铜网表面用盐酸或乙醇浸泡超声后用去离子水清洗干净，干燥备用；将纯铜网置于陶瓷方舟中放入箱式电炉中加热，加热温度为500-600℃，加热时间为5-8h，随炉冷却后制得生长在铜网上的CuO纳米棒。步骤2，将步骤1中制得的生长有CuO纳米棒的铜网置于Co(NO3)2、NH4F、酒石酸钾钠(C4H4KNAaO6-4H2O)和尿素(CO(NH2)2)的水与乙二醇混合溶液中，在反应釜中进行水热反应。步骤2中所述混合溶液中水、乙二醇、Co(NO3)2、NH4F、酒石酸钾钠(C4H4KNAaO6-4H2O)和尿素(CO(NH2)2)的物质的量之比为8.4:2.7:(0.3-0.4):0.5:(0.1-0.3):(1.2-1.6)；混合溶液与反应釜的填充比为2:1；加热温度为100℃-150℃；加热时间为5-8h；步骤3将步骤2中的反应产物用去离子水清洗，干燥后在箱式电炉中热处理，加热温度为350-400℃，加热时间为2-3h，处理后得到负载Co3O4的CuO纳米棒。本专利技术的方法成本费用低，操作简便，耗时较短，与传统制备方法相比，主要有以下几个优势：(1)解决了颗粒团聚的特点，使Co3O4均匀分布在CuO纳米棒上(如附图3和4所示)，氧化铜具有(002)、(111)、(-202)、(113)和(-220)晶面，四氧化三钴具有(220)、(311)、(400)和(511)晶面；(2)反应时间大大缩短，且操作简单；(3)使用电化学工作站Gamryreference600进行测试，用于测试的溶液为用于测试的溶液为PH＝7.25，0.25M的Na2SO4溶液，进行线性伏安扫描的速率为50mV/s，负载Co3O4的CuO纳米棒的电流密度明显增大(如附图7所示)，表明CuO-Co3O4复合物的催化性能大幅提高，这种材料可作为阴极电催化剂。附图说明图1为本专利技术CuO纳米棒的10K倍的SEM形貌照片(FE-SEM,HitachiS-4800)；图2为本专利技术CuO纳米棒负载Co3O4的10K倍SEM形貌照片(FE-SEM,HitachiS-4800)；图3为本专利技术CuO纳米棒负载Co3O4的500倍SEM形貌照片(FE-SEM,HitachiS-4800)；图4为本专利技术CuO纳米棒负载过Co3O4后的低倍TEM形貌照片(TEM,PhilipsTecnaiG2F20)；图5为本专利技术CuO纳米棒负载过Co3O4后的高倍TEM形貌照片(TEM,PhilipsTecnaiG2F20)图6为本专利技术CuO-Co3O4复合物的XRD图谱(XRD,RIGAKU/DMAX)，其中圆点代表CuO的晶面，五角星代表Co3O4的晶面；图7为本专利技术CuO纳米棒和CuO-Co3O4复合物的线性伏安扫描电流测试图线，曲线1为CuO纳米棒的测试图线，曲线2为CuO-Co3O4复合物的测试图线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1将纯铜网表面用盐酸或乙醇浸泡超声后用去离子水清洗干净，干燥备用；将纯铜网置于陶瓷方舟中放入箱式电炉中加热，加热温度为500℃，加热时间为5h，随炉冷却后制得生长在铜网上的CuO纳米棒。将制得的生长有CuO纳米棒的铜网置于Co(NO3)2、NH4F、酒石酸钾钠(C4H4KNAaO6-4H2O)和尿素(CO(NH2)2)的水与乙二醇混合溶液中，在反应釜中进行水热反应。其中水、乙二醇、Co(NO3)2、NH4F、酒石酸钾钠(C4H4KNAaO6-4H2O)和尿素(CO(NH2)2)的物质的量之比为8.4:2.7:0.35:0.5:0.2:1.5，混合溶液与反应釜的填充比为2:1；加热温度为110℃；加热时间为5h。将上述反应产物用去离子水清洗，干燥后在箱式电炉中热处理，加热温度为350℃，加热时间为2h，处理后得到负载Co3O4的CuO纳米棒。实施例2将纯铜网表面用盐酸或乙醇浸泡超声后用去离子水清洗干净，干燥备用；将纯铜网置于陶瓷方舟中放入箱式电炉中加热，加热温度为500℃，加热时间为5h，随炉冷却后制得生长在铜网上的CuO纳米棒。将制得的生长有CuO纳米棒的铜网置于Co(NO3)2、NH4F、酒石酸钾钠(C4H4KNAaO6-4H2O)和尿素(CO(NH2)2)的水与乙二醇混合溶液中，在反应釜中进行水热反应。其中水、乙二醇、Co(NO3)2、NH4F、酒石酸钾钠(C4H4KNAaO6-4H2O)和尿素(CO(NH2)2)的物质的量之比为8.4:2.7:0.3:0.5:0.1:1.3，混合溶液与反应釜的填充比为2:1；加热温度为110℃；加热时间为6h。将上述反应产物用去离子水清洗，干燥后在箱式电炉中热处理，加热温度为350℃，加热时间为2h，处理后得到负载Co3O4的CuO纳米棒。实施例3将纯铜网表面用盐酸或乙醇浸泡超声后用去离子水清洗干净，干燥备用；将纯铜网置于陶瓷方舟中放入箱式电炉中加热，加热温度为500℃，加热时间为5h，随炉冷却后制得生长在铜网上的CuO纳米棒。将制得的生长有CuO纳米棒的铜网置于Co(NO3)2、NH4F、酒石酸钾钠(C4H4本文档来自技高网...

【技术保护点】
负载四氧化三钴的氧化铜纳米棒的合成方法，其特征在于，按照下述步骤进行：步骤1，CuO纳米棒的制备：将纯铜网表面用盐酸或乙醇浸泡超声后用去离子水清洗干净，干燥备用；将纯铜网置于陶瓷方舟中放入箱式电炉中加热，加热温度为500‑600℃，加热时间为5‑8h，随炉冷却后制得生长在铜网上的CuO纳米棒；步骤2，将步骤1中制得的生长有CuO纳米棒的铜网置于Co(NO3)2、NH4F、酒石酸钾钠和尿素(CO(NH2)2)的水与乙二醇混合溶液中，在反应釜中进行水热反应；步骤2中所述混合溶液中水、乙二醇、Co(NO3)2、NH4F、酒石酸钾钠和尿素(CO(NH2)2)的物质的量之比为8.4:2.7:(0.3‑0.4):0.5:(0.1‑0.3):(1.2‑1.6)；混合溶液与反应釜的填充比为2:1；加热温度为100℃‑150℃；加热时间为5‑8h；步骤3将步骤2中的反应产物用去离子水清洗，干燥后在箱式电炉中热处理，加热温度为350‑400℃，加热时间为2‑3h，处理后得到负载Co3O4的CuO纳米棒。

【技术特征摘要】
1.负载四氧化三钴的氧化铜纳米棒的合成方法，其特征在于，按照下述步骤进行：步骤1，CuO纳米棒的制备：将纯铜网表面用盐酸或乙醇浸泡超声后用去离子水清洗干净，干燥备用；将纯铜网置于陶瓷方舟中放入箱式电炉中加热，加热温度为500-600℃，加热时间为5-8h，随炉冷却后制得生长在铜网上的CuO纳米棒；步骤2，将步骤1中制得的生长有CuO纳米棒的铜网置于Co(NO3)2、NH4F、酒石酸钾钠和尿素(CO(NH2)2)的水与乙二醇混合溶液中，在反应釜中进行水热反应；步骤2中所述混合溶液中水、乙二醇、Co(NO3)2、NH4F、酒石酸钾钠和尿素(CO(NH2)2)的物质的量之比为8.4:2.7:(0.3-0.4...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁砚琴，陈瑞雪，崔振铎，杨贤金，朱胜利，李朝阳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12