一种铜纳米球颗粒及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种铜纳米球颗粒及其制备方法和用途。所述制备方法包括以下步骤：(1)将铜金属盐溶液和封端剂进行一次混合，得到第一混合溶液；(2)将步骤(1)所述第一混合溶液和还原剂进行二次混合，得到第二混合溶液，然后对第二混合溶液进行溶剂热反应，得到所述铜纳米球颗粒。本发明专利技术采用无毒醇类做溶剂，安全、环保、经济，且操作简单、易控制，是一种环境友好操作简单的制备方法，同时制备得到的铜纳米球颗粒具有较高比表面积以及更多的活性位点。

【技术实现步骤摘要】
一种铜纳米球颗粒及其制备方法和用途
本专利技术属于纳米材料的
，涉及一种铜纳米球颗粒及其制备方法和用途。
技术介绍
催化是当今医药卫生、食品生产、发动机燃料的支柱技术，是现代化学工业的基石。而在催化反应中，催化剂的选择尤为关键。随着纳米技术的不断发展，研究者发现纳米金属颗粒由于具有较大的比表面积以及较高的活性位点，展现出较高的催化性能。目前比较常见的纳米金属催化剂为Au、Pt等贵金属材料，但由于在催化过程中会存在催化剂的损耗等问题，造成成本耗费较高。为了解决此问题，研究者提出以Cu为原料制备金属纳米材料，此种材料将会显著降低成本，有着较为广阔的应用前景。到目前为止，国内外制备金属纳米球的主要方法为高温加热、电解法以及还原法制备。然而，加热法工艺复杂，产品在空气中容易氧化，甚至发生爆炸，电解法工艺比较难掌握，不适合大规模生产。CN102941350A公开了一种纳米铜粉的合成方法。具体采用铜的化合物在有机溶剂中高温条件下进行热分解反应制备纳米铜粉。具体方法包括：1)称量铜的化合物溶解在有机溶剂中，制成铜溶液；所述的铜的化合物为硫酸铜、硝酸铜、醋酸铜、氯化铜、乙酰丙酮铜或油酸铜；铜的化合物与有机溶剂的质量比为1：(2-60)；所述的有机溶剂为十八烯、十六烯、油胺或油酸中的一种或几种；2)将步骤1)制成的铜溶液在惰性气体的环境中，搅拌加热、反应；其中加热到的反应温度为240～350℃；反应所用的时间为10—80分钟；3)将经步骤2)反应后得到的溶液冷却，然后加入清洗剂洗涤并离心，倒掉上层液体，放入烘箱烘干即得纳米铜粉。然而，该文献所提供的加热法工艺复杂，产品在空气中容易氧化，甚至发生爆炸，安全性不能得到保证。CN111705338A公开了一种纳米铜粉体的制备方法，方法包括：用于制备该纳米铜粉体的电解液为硫酸铜、柠檬酸钠和磷酸钠的混合溶液，工作电极为废弃回收的铜材，铂网为对电极，先将电解液除氧，然后用恒流电源对工作电极施加恒电流，待铂网上沉积足够的铜粉后，取下铂网，将其密闭在无水乙醇中超声清洗，接着抽滤、干燥，得到平均粒径为30～85nm的紫红色纳米铜粉体。该文献提供的电解法制备纳米铜，难以实现大规模的生产。还原法是目前工业中最常用的方法，然而由于还原剂有可能会存在毒性，且反应时间较长等问题。因此，如何寻找一种简单、高效且安全无毒的方法，来制备得到高比表面积且具有较多的活性位点的铜纳米球颗粒，是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铜纳米球颗粒及其制备方法和用途。本专利技术采用无毒醇类做溶剂，安全、环保、经济，且操作简单、易控制，是一种环境友好操作简单的制备方法，同时制备得到的铜纳米球颗粒具有较高比表面积以及更多的活性位点。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种铜纳米球颗粒的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将铜金属盐溶液和封端剂进行一次混合，得到第一混合溶液；(2)将步骤(1)所述第一混合溶液和还原剂进行二次混合，得到第二混合溶液，然后对第二混合溶液进行溶剂热反应，得到所述铜纳米球颗粒。采用本专利技术所提供的制备方法，通过先将铜金属盐溶液和封端剂进行混合，利用封端剂设计和控制纳米晶的形状，通过调整反应条件控制纳米形貌，再加入还原剂，将铜金属盐还原为金属铜，最终可以得到比表面积较大且活性位点较多的铜纳米球颗粒。同时，本专利技术所提供的制备方法，操作简单、易控制，且对环境友好，适宜大规模生产。优选地，步骤(1)所述铜金属盐溶液中的铜金属盐与封端剂的摩尔比为10:1～1:1，例如10:1、9:1、8:1、7:1、6:1、5:1、4:1、2:1或1:1等，优选为10:1～4:1。本专利技术中，铜盐与封端剂的摩尔比不能过大也不能过小，过大或过小都导致金属球的尺寸达到微米级别，且在10:1～4:1时，铜纳米球颗粒的颗粒更加均匀。优选地，步骤(1)所述铜金属盐溶液的摩尔浓度为2～10mmol/l，例如2mmol/l、3mmol/l、4mmol/l、5mmol/l、6mmol/l、7mmol/l、8mmol/l、9mmol/l或10mmol/l等。优选地，步骤(1)所述铜金属盐溶液中的铜金属盐包括乙酰丙酮铜、硫酸铜或氯化铜中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(1)所述铜金属盐溶液中的溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇或丙三醇的任意一种或至少两种的组合。本专利技术中，所使用的溶剂无毒安全，且环保经济。优选地，所述封端剂包括聚乙烯吡咯烷酮、油胺或聚(乙二醇)-block-聚(丙二醇)-block-聚(乙二醇)中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(1)所述混合的方法包括超声和/或搅拌。优选地，步骤(1)所述一次混合的时间为10～30min，例如10min、15min、20min、25min或30min等。优选地，步骤(2)所述还原剂与步骤(1)所述铜金属盐溶液中的铜金属盐的摩尔比为5:1～50:1，例如5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1或50:1等，优选为15:1～50:1。本专利技术中，还原剂与铜盐的摩尔比过大会导致金属球发生堆积，过小会导致铜盐无法完全还原为金属铜。优选地，步骤(2)所述还原剂包括草酸、柠檬酸钠或丙烯酸中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(2)所述混合的方法包括超声和/或搅拌。优选地，步骤(2)所述二次混合的时间为10～30min，例如10min、15min、20min、25min或30min等。优选地，步骤(2)所述溶剂热反应的温度为100～220℃，例如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃或220℃等，优选为140～220℃。本专利技术中，溶剂热的反应温度过高会导致反应失活，过低会导致反应不完全。优选地，步骤(2)所述溶剂热反应的时间为5～25h，例如5h、6h、8h、10h、12h、14h、15h、16h、18h、20h、22h、24h或25h等，优选为6～12h。优选地，步骤(2)所述溶剂热反应结束后，继续依次进行洗涤、离心和干燥操作。优选地，所述离心的转速为2000～8000rpm/min，例如2000rpm/min、3000rpm/min、4000rpm/min、5000rpm/min、6000rpm/min、7000rpm/min或8000rpm/min等，优选为2000～4000rpm/min。优选地，所述干燥的温度为40～80℃，例如40℃、50℃、60℃、70℃或80℃等，优选为50～60℃。优选地，所述干燥的时间为4～16h，例如4h、5h、6h、8h、10h、12h、14h、15h或16h等，优选为6～12h。作为优选的技术方案，所述铜纳米球颗粒的制备方法包括以下步骤：(1)将摩尔浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜纳米球颗粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/n(1)将铜金属盐溶液和封端剂进行一次混合，得到第一混合溶液；/n(2)将步骤(1)所述第一混合溶液和还原剂进行二次混合，得到第二混合溶液，然后对第二混合溶液进行溶剂热反应，得到所述铜纳米球颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种铜纳米球颗粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将铜金属盐溶液和封端剂进行一次混合，得到第一混合溶液；
(2)将步骤(1)所述第一混合溶液和还原剂进行二次混合，得到第二混合溶液，然后对第二混合溶液进行溶剂热反应，得到所述铜纳米球颗粒。


2.根据权利要求1所述的铜纳米球颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铜金属盐溶液中的铜金属盐与封端剂的摩尔比为10:1～1:1，优选为10:1～4:1；
优选地，步骤(1)所述铜金属盐溶液的摩尔浓度为2～10mmol/l；
优选地，步骤(1)所述铜金属盐溶液中的铜金属盐包括乙酰丙酮铜、硫酸铜或氯化铜中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(1)所述铜金属盐溶液中的溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇或丙三醇的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述封端剂包括聚乙烯吡咯烷酮、油胺或聚(乙二醇)-block-聚(丙二醇)-block-聚(乙二醇)中的任意一种或至少两种的组合。


3.根据权利要求1或2所述的铜纳米球颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述一次混合的方法包括超声和/或搅拌；
优选地，步骤(1)所述一次混合的时间为10～30min。


4.根据权利要求1-3任一项所述的铜纳米球颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述还原剂与步骤(1)所述铜金属盐溶液中的铜金属盐的摩尔比为5:1～50:1，优选为15:1～50:1；
优选地，步骤(2)所述还原剂包括草酸、柠檬酸钠或丙烯酸中的任意一种或至少两种的组合。


5.根据权利要求1-4任一项所述的铜纳米球颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述二次混合的方法包括超声和/或搅拌；
优选地，步骤(2)所述二次混合的时间为10～30min；
优选地，步骤(2)所述溶剂热反应的温度为100～220℃，优选为140～220℃；
优选地，步骤(2)所述溶剂热反应的时间为5～25h，优选为6～12h。

【专利技术属性】
技术研发人员：胡超权，宋洋，李琳，马猛，
申请(专利权)人：中科院过程工程研究所南京绿色制造产业创新研究院，南京中科格特康科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32