[发明专利]一种Cu2O@CuO半核壳结构纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，特别涉及一种在碳海绵上吸附合成Cu₂O@CuO半核壳结构纳米复合材料及其方法，属于新型复合材料技术领域。

背景技术

生物传感器因为选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、在线连续监测、高度自动化、微型化与集成化等一系列优点在环境监测、发酵工艺、食品工程、临床医学、军事及军事医学等领域受到青睐。纳米氧化铜（CuO）和氧化亚铜（Cu₂O）对葡萄糖具有催化作用，可用于血液和食品中葡萄糖的检测 (Li, Y., Zhong, Y., Zhang, Y., Weng, W., & Li, S. (2015). Sensors & Actuators B Chemical, 735–743； Wang, J., & Zhang, W. D. (2011). Electrochimica Acta,56(22), 7510–7516.)。传统方法制备纳米颗粒一般在油相中合成，同时需要加热、隔氧或加入表面活性剂，使纳米颗粒大小形状均一和有效阻止其被氧化（Li, J., Li, H., Xue, Y., Fang, H., & Wang, W. (2014). Sensors & Actuators B Chemical,191(2), 619–624.； Zhou, C., Xu, L., Song, J., Xing, R., Xu, S., & Liu, D., et al. (2014). Scientific Reports,4, 7382-7382.）。同时，为了使纳米颗粒在生物医学应用中具有生物相容性以及具有长期的稳定性，纳米颗粒的表面还需要进行亲水改性，其过程复杂，成本较高。另外，传统的核壳结构纳米材料的一般制备方法是先合成内部的核，再在外面用不同体系生长壳，此种方法过程较为复杂，并且制备的都是完整的核壳结构，在传感器应用中不能同时有效利用两种物质的优点，不利于电子传输，因此需要一种缺陷型核壳结构来进行有效的电子传递。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种分布均匀、稳定性好、并且催化效率高Cu₂O@CuO半核壳结构纳米复合材料。

本发明的另一个目的是提供一种工艺简单，反应条件温和，制备成本低的Cu₂O@CuO半核壳结构纳米复合材料的制备方法。

本发明的Cu₂O@CuO半核壳结构纳米复合材料是通过吸附、原位生长的方法所制备的。先在多孔的碳海绵表面吸附还原硫酸铜，形成分布均匀的Cu₂O纳米颗粒，再在空气中于室温条件下将外层的Cu₂O氧化成CuO，由于Cu₂O下面的部分挨着碳海绵表面不易被氧化，从而形成上多下少的CuO氧化壳层，即所述的Cu₂O@CuO半核壳结构。反应过程如下列方程式所示。

4CuSO₄+NaBH₄+4H₂O = 2Cu₂O+4H₂SO₄+NaBO₂+2H₂ (1)

2Cu₂O+O₂=4CuO (2)

本发明的具体技术方案如下：

一种Cu₂O@CuO半核壳结构纳米复合材料，包括冰模板法合成的多孔碳海绵、吸附于碳海绵上的Cu₂O@CuO半核壳结构纳米颗粒，所述碳海绵是以交联的壳聚糖为骨架并嵌入CNTs，所述Cu₂O@CuO半核壳结构纳米颗粒包括内层的Cu₂O核和外层的CuO壳，所述外层的CuO壳是在碳海绵表面以上形成的半壳结构。

所述Cu₂O@CuO半核壳结构纳米颗粒的半径为20 - 100 nm，其中Cu₂O核的半径为10 - 60 nm。

一种上述Cu₂O@CuO半核壳结构纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将壳聚糖与碳纳米管按照质量比5:1 - 2:1进行混合，在冷冻干燥机中用冰模板法制备碳海绵；