[发明专利]一种粒径可调控的单分散Cu2

说明书

本发明公开了一种粒径可调控的单分散Cu₂O单晶实心球及其制备方法。所述小分子配体至少包含两个羧基，高分子配体为聚乙烯吡咯烷酮。具体过程为：配制铜源、高分子配体、小分子配体与水和多元醇混合溶液，然后向上述溶液中逐滴加入一定量的碱溶液，在20‑80℃条件下，分步加入还原剂，离心，得到单分散Cu₂O单晶实心球。本发明提供一种粒径可调控的单分散Cu₂O单晶实心球及其制备方法，操作简单，成本低；仅通过调节小分子配体的量和种类即可得到粒径在40～600nm的单分散Cu₂O单晶实心球。本发明的微球可广泛应用于光子晶体、锂硫电池的电极和催化光解水领域。

技术领域

本发明涉及一种粒径可调控的单分散Cu₂O单晶实心球及其制备方法，属于Cu₂O单晶微球的制备技术领域。

背景技术

氧化亚铜是一种理论折射率为2.7的P型半导体材料，已经被广泛的应用于光解水、催化剂、锂硫电池电极和光子晶体等领域。通常光子晶体的构筑单元为低折射率如PS、SiO₂等会导致较弱的光子带隙和苍白的结构色，近几年来用高折射率微球如TiO₂、ZnS、CdS等作为光子晶体的构筑单元，使其具备低角度相关和高亮度的结构色等优良性能引起了国内外研究者的广泛关注。但目前大多数高折射率微球均为多晶微球，每个多晶微球均是由许多小的单晶颗粒和空气组成的聚集体这将造成实际折射率比理论折射率低，此外，由于多晶球表面粗糙导致较强的散射效应不利于形成较高的光子带隙。单晶球由于是实心球里面没有空气且表面光滑可以克服以上多晶球的缺点。因此在光子晶体应用中单晶球的制备至关重要。目前制备尺寸为几百纳米，粒径可调的完美的单晶实心球依然具有很大的挑战性。

国内外研究者对于制备单分散Cu₂O单晶微球展开了大量的研究，并取得了一定的成果。张等(参见J.T.Zhang,J.F.Liu,P.Qing,X.Wang,Y. D.Li,Chem.Mater.2006,18,867-871X.)在85-95℃的下，用NaBH₄将DMF (N,N二甲基甲酰胺)中的醋酸铜还原成单晶球。室温下，通过抗坏血酸还原前驱体氢氧化铜得到类似多面体的单晶氧化亚铜微球(参见S.R.Zhang,R.B.Jiang,Y.M.Xie,Q.F.Ruan,B.C.Yang,J.F.Wang,H.Q.Lin, Adv Mater.,2015,27,7432-7439.和Y.K.Bai,；T.F.Yang,Q.Gu,G.heng,R. Zheng,Powder Technol.,2012,227,35-42S.)，但它们的表面有明显的面和楞不是真正意义上的球，目前对于在室温下制备真正意义上的实心固体单晶球并精确的调节粒径研究还未见报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是一种粒径可调控的单分散 Cu₂O单晶实心球及其制备方法。

一种粒径可调控的单分散Cu₂O单晶实心球及其制备方法，所述单分散氧化亚铜单晶实心微球是三种因素共同影响的结果。首先铜源与小分子配体形成络合物保证了反应为匀相还原反应，并且通过控制Cu²⁺离子的释放来减慢成核速率，有利于形成粒径均一的单分散Cu₂O单晶实心球。其次，反应体系中多元醇的羟基形成的氢键和高分子配体中带有的C＝O和单晶氧化亚铜中各个晶面的Cu⁺相互作用，平衡局域氧化亚铜表面电荷同时也可以稳定各个晶面。反应体系的粘度和两步还原法确保了单晶氧化亚铜实心球的单分散性。单晶实心球的粒径可从40nm调节到600nm，微球表面带有含有两个或两个以上官能团的小分子配体和高分子配体。