[发明专利]一种纳米氧化铜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于功能材料制备技术领域，具体涉及一种纳米氧化铜及其制备方法和应用。

背景技术

氧化铜是一种多功能性p型半导体氧化物，其带隙宽度为1.2eV。其中纳米级氧化铜由于展现出不同于普通氧化铜的物理性质和化学性质，从而成为一种重要的金属氧化物被广泛应用。目前，已报道有不同的方法合成出纳米氧化铜，例如气相法、沉淀热解法、超声辐照法和水热法等。其中水热法由于反应条件温和，重复性好且产率高而被广泛用于合成氧化铜纳米材料。

在水热合成中，为了得到形貌均一，分散性好且尺寸可控的纳米氧化铜，往往需要添加表面活性剂或模板剂。如中国发明专利CN103030169A和Zhang等(Eur.J.Inorg.Chem，2009,2009,168-173)均采用表面活性剂十二烷基苯磺酸钠得到了具有特定结构的纳米氧化铜。中国发明专利CN101407332A报道了用模板剂尿素和聚乙二醇辅助合成形貌和大小可控的纳米氧化铜。然而这些表面活性剂反应完成后不易清洗，模板剂需要用到乙醇多次清洗，不仅增加了工艺的复杂性和成本，还会对环境造成污染。

发明内容

针对上述技术存在的不足，本发明的首要目的是提供一种纳米氧化铜及其制备方法，所述制备方法不仅可有效解决现有制备方法采用表面活性剂易污染环境、不易清洗等问题，而且在对氧化铜晶体成核、生长以及产物最终尺寸的调控上提供了简单、有效的方法。该方法具有制备工艺简单、无毒和环境友好的优点，所得到的纳米氧化铜尺寸均一，范围可控制在20～2000nm。

本发明的另一目的是提供所制备纳米氧化铜在光催化降解有机污染物和抑菌领域中的应用。采用本方法制备的纳米氧化铜在不同尺寸上表现出良好的光催化活性和抗菌性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种纳米氧化铜的制备方法，包括以下步骤：

配制HEPES水溶液，调节HEPES水溶液的pH值至5.4～10.4，然后加入二价铜盐进行超声溶解，将所得混合液转移至反应釜中，在100～150℃下反应6～18h，所得产物冷却至室温后，进行离心、洗涤和干燥，即得纳米氧化铜。

上述方案中，所述HEPES水溶液的浓度为100～800mmol/L。

上述方案中，所述HEPES水溶液的pH由氢氧化钠和/或盐酸溶液调节。

上述方案中，所述二价铜盐为乙酸铜、硝酸铜或二水合二氯化铜。

上述方案中，所述二价铜盐与HEPES水溶液中HEPES的摩尔比为1:(1.5～12)。

根据上述方案制备的纳米氧化铜，其尺寸均一可控，为20～2000nm。

根据上述方案制备的纳米氧化铜在光催化降解有机污染物和抑制金黄色葡萄球菌生长中的应用。

本发明的原理为：

本发明利用HEPES水溶液体系，并通过控制HEPES水溶液的pH值，利用HEPES分子与氢或氢氧根离子的结合作用，发挥其调控纳米氧化铜的晶核生长过程，氧化铜晶体的形成分成核阶段和生长阶段，整个过程中受到HEPES浓度和pH值的共同影响。HEPES的浓度决定了通过静电力吸附在晶核表面的HEPES分子数目的多少，从而控制晶核的成长，随着HEPES浓度的升高，所得氧化铜颗粒由大变小。同时，不同的pH环境会影响晶核形成，当氢离子浓度大时，会与HEPES上的N结合，从而减少了晶核表面HEPES分子的吸附，利于晶核生长得到大颗粒产物；反之，氢氧根离子的存在利于HEPES分子的吸附，晶核生长受抑制，成核速率提高，得到小颗粒产物。两种因素结合起来，进而得到不同尺寸的纳米氧化铜。

本发明的有益结果为：

1)采用无毒、生物相容性较好的生物缓冲液HEPES调节纳米氧化铜的尺寸，代替了传统的表面活性剂或模板剂，合成过程绿色环保，且反应后易于清洗残留溶剂。

2)HEPES溶解在水溶液中，利于其利用与环境中的氢或氢氧根离子结合的特点来发挥其调控晶核生长的优势。

3)本发明制备的纳米氧化铜形貌均一、尺寸可调范围广，扩大了其应用范围。

4)本发明方法制备的纳米氧化铜具有良好的光催化降解有机染料和抗菌作用。

附图说明

图1为本发明实施例1所得产物的XRD图。

图2为本发明实施例1所得产物的SEM图。

图3为本发明实施例1所得产物的可见光催化降解罗丹明B的性能对比图。

图4为本发明实施例2制得纳米氧化铜的SEM图。