氧化铜纳米晶及银/氧化铜异质结构的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氧化铜纳米晶的制备方法：在具有亲水性表面的基底上形成一层铜盐水溶液，在惰性气体气流下蒸发铜盐水溶液中的水，铜盐水溶液的浓度为0.05‑1.5mol/L，蒸发时间为5‑60s，惰性气体气流的流速为200cm

【技术实现步骤摘要】
氧化铜纳米晶及银/氧化铜异质结构的制备方法
本专利技术涉及一种纳米结构的制备
，尤其涉及一种氧化铜纳米晶及银/氧化铜异质结构的制备方法。
技术介绍
控制纳米晶体的形态对于理解它们的尺寸效应和形貌影响以及探索实际应用至关重要。例如，金纳米晶的强烈等离子效应与自身的尺寸大小和形貌密不可分，并已经初步应用于传感检测。同样，银纳米晶的等离子效应也受其尺寸大小和形貌的影响。目前的研究表明，催化反应是一种结构敏感的过程。例如：葡萄糖的催化氧化过程中，立方体金纳米晶的{100}面比菱形十二面体的金{110}面和八面体的金{111}面催化活性都高。因此，控制纳米晶的形貌对于它们在不同领域实际的应用至关重要。由于纳米技术的快速发展，已经可以通过多种合成途径来实现对形貌的完美控制。其中，使用添加剂是最常见的制备方法。选择性的使用不同添加剂，能够对纳米晶的表面能进行改性，在其表面能达到最优的效果前提下实现对纳米晶形貌精细的调控。同时添加剂的使用带来了许多好处，例如提高溶液的分散稳定性，好的抗氧化能力等。然而，使用添加剂会明显地钝化纳米晶的表面活性并且会引入一些新的杂质，特别是在催化和传感方面的实际应用会影响其效果。此外，干净的表面有利于提高纳米材料的表面增强拉曼散射(SERS)。因此，有必要探索出一种既能够选择性合成不同形貌且表面干净的纳米晶又不需要额外用任何添加剂的新型合成方法。纳米晶形貌的控制与动力学和热力学参数密切相关。当纳米晶在平衡条件下生长时，稳定的形态和最优的表面能都可以实现。然而，自发形成的平衡条件下的形貌往往不是人们所期望得到的。在动力学控制条件下，通过设计结晶的过程，可以实现热动力学实现不了的形貌。遗憾的是，在动力学控制条件下，难以完美的控制结晶过程，而在不使用添加剂的情况下，纳米晶的形貌选择性合成很少有文献报道。CuO一种重要的窄带隙p型半导体，禁带宽度1.2eV，在可见光区域表现出其它宽带隙半导体所不具有的优良性能：光交换，光电探测，光催化等。尤其近年来CuO的可见光下的光催化应用越来越受到人们的关注。p型半导体的本质特性是为CuO提供了与其它n型半导体(如ZnO、TiO2)形成p-n异质结构的复合半导体。同时，氧化铜具有优良的电化学活性能，化学性能稳定，原料来源丰富等。迄今为止，众多的研究者已合成许多不同形貌的CuO纳米晶，并利用它们进行光催化降解污染物。氧化铜的其它不同形貌如纳米棒，纳米片也已经用不同的方法成功的制备，在可见光下存在的条件下光催化降解有机污染物。众所周知，光催化反应主要发生在光催化剂的表面。合成大的比表面积的光催化剂除了可以最大程度地吸附反应物分子，还具有高的光催化性能。为了制备大的比表面积的催化剂，许多催化剂被制成分散在溶液中的纳米小颗粒。然而，这些纳米颗粒除了会自发的聚集在一起的问题之外，另一方面催化剂的回收也是遇到了许多的困难。目前基底支撑的纳米晶已经成功在催化领域得到应用，然而很少有关于基底支撑的清洁分层的多孔CuO纳米晶的报道。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种氧化铜纳米晶及银/氧化铜异质结构的制备方法，不使用任何添加剂，可控的合成了具有不同形貌的CuO纳米晶，进而制备出界面洁净的Ag/CuO异质结构。本专利技术提供了一种氧化铜纳米晶的制备方法，包括以下步骤：(1)在具有亲水性表面的基底上形成一层铜盐水溶液，在惰性气体气流下蒸发铜盐水溶液中的水，铜盐水溶液的浓度为0.05-1.5mol/L，蒸发时间为5-30s，惰性气体气流的流速为200cm3/s--800cm3/s；(2)干燥经步骤(1)处理过的铜盐水溶液，使其中的水挥发，在基底表面形成铜盐前驱体纳米晶；(3)将步骤(2)处理过的基底进行分步煅烧，在基底表面形成氧化铜(CuO)纳米晶；其中分步煅烧条件包括：以2.5℃/min的速率从100℃匀速升温至250℃；然后在250℃下恒温煅烧4h。进一步地，在步骤(1)中，基底为云母片、具有磨砂面的硅片或磨砂玻璃。优选地，基底为云母片。进一步地，在步骤(1)中，铜盐为硝酸铜(Cu(NO3)2)、优选地，铜盐为硝酸铜。进一步地，在步骤(1)中，气体气流为氮气流或惰性气体气流，惰性气体为氩气(Ar)。进一步地，在步骤(1)中，将铜盐水溶液滴加到基底表面。在步骤(1)中，铜盐水溶液的浓度为0.05-1.5mol/L，蒸发时间为5s，惰性气体气流的流速为200cm3/s-400cm3/s(弱气流)，在此条件下，溶液中的水挥发速度较慢，基底上的铜盐水溶液相对较厚，过饱和度相对较低，在固-液界面处优先发生异相成核，形成在基底表面直立生长的纳米片。在步骤(1)中，铜盐水溶液的浓度为1.5mol/L，蒸发时间为5-30s，惰性气体气流的流速为400cm3/s-800cm3/s(强气流)，在此条件下，溶液中的水挥发速度较快，基底上的铜盐水溶液相对较薄，过饱和度相对较高，在体相溶液中均相成核，形成球状的纳米微结构，掉落到基底表面。在步骤(1)中，铜盐水溶液的浓度为1.5mol/L，蒸发时间为30s，惰性气体气流的流速为200cm3/s-400cm3/s(弱气流)，在此条件下，基底上的铜盐水溶液相对较厚，但由于蒸发之间长，溶液过饱和度相对较高，从而在在体相溶液中发生均相成核，形成球状的纳米微结构，其表面具有花状结构。进一步地，在步骤(2)中，干燥时间为2-4h。进一步地，在步骤(3)中，分步煅烧还包括以5℃/min的速率从室温(25℃)快速升温至100℃的步骤。分步煅烧使得铜离子转变为氧化铜。进一步地，上述方法制备的基底支撑的氧化铜纳米晶可作为光催化剂，可直接用于可见光降解常见的有机染料的反应中，具有良好的可见光光催化活性。进一步地，有机染料为亚甲基蓝(MB)、甲基橙(MO),优选地亚甲基蓝(MB)。基底上的分层多孔的CuO纳米晶在可见光下对有机染料表现出了高的光催化活性。光催化的优异性能得益于制备过程中没有使用任何的添加剂，从而保证了CuO非常干净的表面。分层多孔的纳米微结构也实现了对有机染料分子最大化的表面吸附。通过快速蒸发铜盐的薄层溶液来获得铜盐前驱体纳米晶达到对形貌控制。在可控的过饱和水平下，通过调节成核模式来实现形貌的选择。具体的来讲：(1)低浓度过饱和条件下优先在固-液界面异相成核得到片状的铜盐前驱体纳米晶；(2)高浓度过饱和条件下优先在溶液体相中均相成核得到分层的球状铜盐前驱体纳米晶。铜盐前驱体纳米晶热处理转化为CuO晶体后依旧保持原来的形貌，热处理后，CuO晶体表面具有多孔结构。本专利技术还提供了一种银/氧化铜异质结构的制备方法，采用上述制备方法所制备的氧化铜纳米晶，之后还包括以下步骤：(4)将带有氧化铜纳米晶的基底浸入银盐的水溶液，以醇类作为空穴清除剂，在自然光下光照，使得银纳米颗粒负载在氧化铜表面，得到银/氧化铜异质结构(以下简称Ag/CuO异质结构)。进一步地，在步骤(4)中，银盐的浓度为0.1-1M，银盐为硝酸银(AgNO3)。进一步地，在步骤(4)中，醇类为异丙醇或乙醇。优选地，醇类为异丙醇。进一步地，在步骤(4)中，银盐的水溶液中含有10-30％体积的醇类。进一步地，在步骤(4)中，光照时间为3-4h。进一步地，在步骤(4)中，光照后还包括用大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化铜纳米晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在具有亲水性表面的基底上形成一层铜盐水溶液，在气体气流下蒸发所述铜盐水溶液中的水，所述铜盐水溶液的浓度为0.05‑1.5mol/L，蒸发时间为5‑30s，所述惰性气体气流的流速为200cm

【技术特征摘要】
1.一种氧化铜纳米晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在具有亲水性表面的基底上形成一层铜盐水溶液，在气体气流下蒸发所述铜盐水溶液中的水，所述铜盐水溶液的浓度为0.05-1.5mol/L，蒸发时间为5-30s，所述惰性气体气流的流速为200cm3/s-800cm3/s；(2)干燥经步骤(1)处理过的铜盐水溶液，使其中的水挥发，在所述基底表面形成铜盐前驱体纳米晶；(3)将步骤(2)处理过的基底进行分步煅烧，在基底表面形成所述氧化铜纳米晶；其中分步煅烧条件包括：以2.5℃/min的速率从100℃升温至250℃；然后在250℃下恒温保持4h。2.根据权利要求1所述的氧化铜纳米晶的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述基底为云母片、具有磨砂面的硅片或磨砂玻璃面。3.根据权利要求1所述的氧化铜纳米晶的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，铜盐为硝酸铜。4.根据权利要求1所述的氧化铜纳米晶的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述气体气流为氮气流或惰性气体气流。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴继红，冯峰，代婷婷，毛耀全，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32