[发明专利]一种（200）晶面暴露单分散CuO纳米片的合成方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种(200)晶面暴露单分散CuO纳米片的合成方法。

背景技术

目前，大量研究成果证实无机纳米材料的性能及应用不仅与其晶体结构、形貌和尺寸等相关，而且与材料的暴露晶面有着密切的关系。例如，Pan等发现锐钛矿型TiO₂的(010)晶面具有最优的光催化活性，而(001)晶面的光催化活性最低(Angew.Chem.Int.Ed.,2011,50,2133-2137)。因此，控制合成暴露特定晶面的纳米材料已成为材料领域的热门课题，其不仅能够深入研究材料暴露晶面与性能的关系，而且有利于获得性能优异的材料。因此，合成具有特定暴露晶面的纳米材料具有重要的科学意义和应用价值。

根据Gibbs-Wulff晶体生长规律，在晶体生长过程中，表面能低的晶面生长缓慢，容易成为优先暴露的晶面，而表面能较高的晶面生长速率快难以暴露。因此，对纳米材料的暴露晶面进行控制存在一定的难度，特别是使材料暴露高能晶面更是非常困难。CuO作为一种重要的反磁性半导体，其能隙约为1.5eV，在太阳能转换、气敏传感器、锂离子电池和催化等方面具有广泛的应用。在单斜CuO中，(001)晶面表面能较低，则CuO优先暴露(001)晶面；而(200)晶面表面能较高，热力学不稳定，所以CuO很难优先暴露(200)晶面。另 外，CuO纳米材料存在一个重要的缺陷，即由于其高的比表面能导致其易发生团聚，从而限制了实际应用。因此，开发简单有效的方法合成出(200)晶面暴露的单分散CuO纳米材料具有积极而重要的理论意义和实际应用价值。

近年来，离子液体作为一种新型的绿色溶剂，在无机纳米材料的合成中引起了广泛的关注。离子液体一般由无机阴离子和有机阳离子组成，具有低挥发性、环境友好和易于回收等特点，能够作为溶剂、模板剂、分散剂或反应物等合成功能性纳米材料。例如Zheng等(ACS Nano,2009,3,115-122)发现离子液体能够选择性地吸附在TiO₂的(110)晶面，从而控制TiO₂的晶体结构和暴露晶面。但到目前，还没有发现有关离子液体辅助水热合成体系中制备(200)晶面暴露的单分散CuO纳米片的文献报道。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种利用离子液体辅助水热法合成(200)晶面暴露的单分散CuO纳米片的制备方法，所需设备简单，操作简便，绿色环保，产品单分散性和结晶性良好。

本发明具体通过以下技术方案实现：

一种(200)晶面暴露单分散CuO纳米片的合成方法，采用离子液体辅助水热合成工艺在离子液体中生长制成，具体包括以下步骤：

1)将可溶性铜盐和络合剂加入到去离子水中，放置老化10min后配制成混合溶液，在搅拌条件下将碱溶液滴入到混合溶液中得到溶液A，其中，可溶性铜盐的浓度为0.05～0.15mol/L，络合剂的浓度为 0.15～0.40mol/L，碱源的浓度为0.20～0.60mol/L；

2)在溶液A中加入0.20～0.40mol/L离子液体，超声分散10min后得到溶液B；

3)将溶液B在特定的反应温度下进行水热合成反应，晶体生长时间为8～12h；将得到的粉末洗涤、干燥后即可得到(200)晶面暴露的单分散CuO纳米片。

所述可溶性铜盐为五水合硫酸铜、三水合硝酸铜和二水合氯化铜中的一种、两种或两种以上任意比例的组合。

所述络合剂为柠檬酸三钠、草酸和酒石酸钾钠中的一种、两种或两种以上任意比例的组合。

所述离子液体的阳离子为1-乙基-2,3-二甲基咪唑、1-丁基-2,3-二甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑或1-辛基-3-甲基咪唑，阴离子为氯离子、溴离子、四氟硼酸根离子或六氟磷酸根离子。

所述水热反应温度为120～150℃。

所述合成出的CuO纳米片的暴露晶面为(200)晶面。

所述合成的单分散CuO纳米片的平均长度、平均宽度和平均厚度分别为500nm，200nm和30nm。