一種單分散分級(jí)CuO多孔微米球的合成方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種單分散分級(jí)CuO多孔微米球的合成方法，將可溶性銅鹽加入到緩沖溶液中，放置老化，將得到的溶液進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，然后進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，將得到的粉末洗滌、干燥，即得到單分散分級(jí)CuO多孔微米球。本方法以緩沖溶液為反應(yīng)介質(zhì)和堿源，能夠有效地控制產(chǎn)物的形貌和暴露晶面，合成出由暴露(001)晶面的CuO納米晶自組裝形成的分級(jí)CuO多孔微米球，具有良好的單分散性和大的比表面積；該合成方法簡(jiǎn)單，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，反應(yīng)條件可控性強(qiáng)，產(chǎn)品結(jié)晶性好，無(wú)其他雜質(zhì)產(chǎn)物生成，無(wú)需進(jìn)行純化處理，綠色環(huán)保，具有很高的實(shí)用性。

Method for synthesizing monodisperse graded CuO porous micro sphere

The invention discloses a method for synthesis of monodisperse micron grade CuO porous ball, will join the soluble copper salt to buffer solution, placing the aging, and the resulting solution for hydrothermal synthesis reaction and crystal growth, will get the washing powder, drying, monodisperse CuO graded porous microspheres is obtained. This method with buffer solution as reaction medium and alkali source, can effectively control the morphology of products and the exposed surface, synthesized by exposure (001) crystal plane of CuO nanocrystals self assemble CuO porous microspheres formed, with good monodispersity and high specific surface area; the synthetic method is simple the required equipment is simple, easy operation, strong controllability, reaction conditions, products of good crystallization, no other impurities by-products without purification, green environmental protection, has very high practicability.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及微/納米材料
，具體是一種單分散分級(jí)CuO多孔微米球的合成方法。
技術(shù)介紹
目前，大量研究成果證實(shí)無(wú)機(jī)微/納米材料的性能及應(yīng)用不僅與其晶體結(jié)構(gòu)和尺寸等相關(guān)，而且與材料的形貌和暴露晶面有著密切的關(guān)系。例如，Pan等發(fā)現(xiàn)銳鈦礦型TiO2的(010)晶面具有最優(yōu)的光催化活性，而(001)晶面的光催化活性最低[Angew.Chem.Int.Ed.,2011,50,2133-2137]。因此，控制合成具有特殊形貌和暴露特定晶面的微/納米材料已成為材料領(lǐng)域的熱門課題，其不僅能夠深入研究材料形貌和暴露晶面與性能的關(guān)系，而且有利于獲得性能優(yōu)異的材料。因此，合成具有特殊形貌和特定晶面的微/納米材料具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。目前，基于微/納米材料的非酶葡萄糖傳感器以其高靈敏度、低檢測(cè)極限、優(yōu)異的選擇性和方便的操作環(huán)境等受到了人們極大的關(guān)注[RSCAdv.,2013,3,3487-3502]。其中，單斜CuO作為一種重要的半導(dǎo)體材料，其能隙約為1.5eV，在非酶葡萄糖傳感器領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。在單斜CuO的眾多晶面中，(001)晶面是銅離子終止面，具有最高的銅原子堆積密度，則暴露(001)晶面的CuO微/納米材料具有優(yōu)異的電催化性能，從而有利于其在非酶葡萄糖傳感器的應(yīng)用[J.Mater.Sci.Technol.,2016,32,24-27]。另外，單分散的分級(jí)多孔微/納米材料具有大的比表面積，有利于電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，從而使獲得的非酶葡萄糖傳感器具有優(yōu)異的性能。通常，CuO微/納米材料在堿性介質(zhì)中進(jìn)行合成，由于(001)晶面帶正電荷，堿性介質(zhì)中的OH-將吸附在(001)晶面，則通常易制備出片狀的CuO微/納米材料[CrystEngComm,2012,14,5289-5298]。因此，開發(fā)簡(jiǎn)單有效的方法合成出以暴露(001)晶面的CuO納米晶為基本單元的分級(jí)CuO多孔微/納米材料具有積極而重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。基于以上的分析，控制擴(kuò)散在反應(yīng)介質(zhì)中OH-的量，抑制OH-在(001)晶面的選擇性吸附，將有利于獲得分級(jí)CuO多孔微/納米材料。緩沖溶液能夠緩慢地、穩(wěn)定地釋放出一定量的OH-，在金屬氧化物微/納米材料的合成中已經(jīng)引起了人們的關(guān)注。但到目前為止，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有關(guān)以緩沖溶液為反應(yīng)介質(zhì)，采用水熱合成法制備出由暴露(001)晶面的CuO納米晶自組裝而成的單分散分級(jí)CuO多孔微米球的文獻(xiàn)報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種以緩沖溶液為反應(yīng)介質(zhì)，利用水熱法合成出單分散分級(jí)CuO多孔微米球的合成方法，以解決上述
技術(shù)介紹
中提出的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種單分散分級(jí)CuO多孔微米球的合成方法，包括以下步驟：1)在攪拌條件下，將可溶性銅鹽加入到緩沖溶液中，放置老化8～12min，得到溶液A；2)將溶液A在120～160℃的反應(yīng)溫度下進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，晶體生長(zhǎng)時(shí)間為12～16h；3)將得到的粉末洗滌、干燥，即得到單分散分級(jí)CuO多孔微米球。作為本專利技術(shù)進(jìn)一步的方案：所述可溶性銅鹽為五水合硫酸銅、三水合硝酸銅和二水合氯化銅中的一種、兩種或兩種以上任意比例的組合。作為本專利技術(shù)進(jìn)一步的方案：所述緩沖溶液為磷酸氫二鈉-氫氧化鈉體系、磷酸氫二鉀-氫氧化鈉體系、磷酸氫二鈉-磷酸鈉體系或硼砂-氫氧化鈉體系。作為本專利技術(shù)進(jìn)一步的方案：所述可溶性銅鹽的濃度為0.01～0.05mol/L。作為本專利技術(shù)再進(jìn)一步的方案：所述緩沖溶液的pH值為12.0～13.0。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：本方法以緩沖溶液為反應(yīng)介質(zhì)和堿源，能夠有效地控制產(chǎn)物的形貌和暴露晶面，合成出由暴露(001)晶面的CuO納米晶自組裝形成的分級(jí)CuO多孔微米球；合成出的CuO多孔微米球具有良好的單分散性和大的比表面積，在非酶葡萄糖傳感器領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值；該合成方法簡(jiǎn)單，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，反應(yīng)條件可控性強(qiáng)，產(chǎn)品結(jié)晶性好，無(wú)其他雜質(zhì)產(chǎn)物生成，無(wú)需進(jìn)行純化處理，綠色環(huán)保，具有很高的實(shí)用性。附圖說(shuō)明圖1是實(shí)施例1制得的單分散分級(jí)CuO多孔微米球的掃描電鏡圖；圖2是實(shí)施例1制得的單分散分級(jí)CuO多孔微米球的透射電鏡圖和高倍透射電鏡圖；圖3是實(shí)施例1制得的單分散分級(jí)CuO多孔微米球的氮?dú)馕?解吸等溫線圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步的說(shuō)明，以下所述，僅是對(duì)本專利技術(shù)的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本專利技術(shù)做其他形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
加以變更為同等變化的等效實(shí)施例。凡是未脫離本專利技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本專利技術(shù)的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以下實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改或等同變化，均落在本專利技術(shù)的保護(hù)范圍內(nèi)。本專利技術(shù)的單分散分級(jí)CuO多孔微米球的合成方法，是采用水熱合成工藝在緩沖溶液介質(zhì)中生長(zhǎng)制成：①在攪拌條件下，將可溶性銅鹽加入到緩沖溶液中，放置老化8～12min，得到溶液A，其中，可溶性銅鹽的濃度為0.01～0.05mol/L，緩沖溶液的pH值為12.0～13.0；②將溶液A在120～160℃的反應(yīng)溫度下進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，晶體生長(zhǎng)時(shí)間為12～16h；③將得到的粉末洗滌、干燥后即可得到單分散分級(jí)CuO多孔微米球。其中可溶性銅鹽為五水合硫酸銅、三水合硝酸銅和二水合氯化銅中的一種、兩種或兩種以上任意比例的組合。緩沖溶液為磷酸氫二鈉-氫氧化鈉體系、磷酸氫二鉀-氫氧化鈉體系、磷酸氫二鈉-磷酸鈉體系或硼砂-氫氧化鈉體系。制備的CuO微米球性能的表征：采用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡測(cè)定CuO微米球的形貌和尺寸；采用高倍透射電子顯微鏡確定CuO納米晶基本單元的晶體生長(zhǎng)方向和暴露晶面；利用氮?dú)馕?解吸等溫曲線測(cè)定CuO微米球的比表面積和確定CuO微米球的多孔結(jié)構(gòu)。下面給出具體的實(shí)例，但本專利技術(shù)不限于這些實(shí)例：實(shí)施例1在攪拌條件下，將五水合硫酸銅加入到緩沖溶液中，放置老化10min，得到溶液A，其中，五水合硫酸銅的濃度為0.01mol/L，緩沖溶液為磷酸氫二鈉-氫氧化鈉體系，緩沖溶液的pH值為12.0。將溶液A在120℃下進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為12h。將得到的粉末樣品洗滌、干燥，即可得到單分散分級(jí)CuO多孔微米球。CuO多孔微米球的表征：如圖1掃描電鏡圖所示，樣品為形貌均勻的微米球，具有良好的分散性，其直徑約為1.0～2.0μm，微米球表面粗糙，具有多孔結(jié)構(gòu)。如圖2透射電鏡圖所示，產(chǎn)品由直徑約為10nm的CuO納米晶自組裝而成。另外，插圖為CuO納米晶基本單元的高倍透射電鏡圖，產(chǎn)品清晰連續(xù)的晶格條紋表明CuO納米晶具有單晶結(jié)構(gòu)。高倍透射電鏡圖中平行相鄰的兩排原子之間的間距為0.2723nm，與單斜CuO中(001)晶面的面間距吻合，表明納米晶的暴露晶面為(001)晶面。如圖3氮?dú)馕?解吸等溫曲線所示，單分散分級(jí)CuO多孔微米球的比表面積為62m2g-1，且等溫曲線在0.4～1.0P/P0范圍內(nèi)出現(xiàn)顯著的滯留環(huán)，表明樣品具有多孔結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2在攪拌條件下，將二水合氯化銅加入到緩沖溶液中，放置老化10min，得到溶液A，其中，二水合氯化銅的濃度為0.03mol/L，緩沖溶液為磷酸氫二鉀-氫氧化鈉體系，緩沖溶液的pH值為12.5。將溶液A在150℃下進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為16h。將得到的粉末本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種單分散分級(jí)CuO多孔微米球的合成方法，其特征在于，包括以下步驟：1)在攪拌條件下，將可溶性銅鹽加入到緩沖溶液中，放置老化8～12m?i?n，得到溶液A；2)將溶液A在120～160℃的反應(yīng)溫度下進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，晶體生長(zhǎng)時(shí)間為12～16h；3)將得到的粉末洗滌、干燥，即得到單分散分級(jí)CuO多孔微米球。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種單分散分級(jí)CuO多孔微米球的合成方法，其特征在于，包括以下步驟：1)在攪拌條件下，將可溶性銅鹽加入到緩沖溶液中，放置老化8～12min，得到溶液A；2)將溶液A在120～160℃的反應(yīng)溫度下進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，晶體生長(zhǎng)時(shí)間為12～16h；3)將得到的粉末洗滌、干燥，即得到單分散分級(jí)CuO多孔微米球。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單分散分級(jí)CuO多孔微米球的合成方法，其特征在于，所述可溶性銅鹽為五水合硫酸銅、三水合硝酸銅和二水合氯化銅中的一種、兩種或兩種...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉小娣，楊妍，陳浩，楊昱涵，史卓林，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南陽(yáng)師范學(xué)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：河南;41