[发明专利]球形海胆状氧化铜颗粒及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种球形海胆状氧化铜颗粒及其制备方法、应用，通过铜盐和硫脲先得到前体沉淀液，然后进一步加入氢氧化物溶液进行二次反应，包括以下步骤：将铜盐和硫脲溶解到中性极性溶剂中制成溶液A，将氢氧化物溶解到去离子水中制成溶液B；将溶液A加热搅拌得到带刺前体沉淀液；将溶液B倒入带刺前体沉淀液混合制成溶液C；将溶液C加热反应，得到沉淀产物；对二次反应的沉淀产物进行洗涤；烘干沉淀产物，得到球形海胆状氧化铜颗粒。与现有的海胆状氧化铜颗粒制备方法相比，产物具有更好的海胆形态，具有更长的带刺，整体具备更高比表面积、更低体密度和更高活性位点的特点，并由此使其在光热、催化等方面具有更高的性能。

技术领域

本发明涉及氧化铜材料制备领域，具体涉及一种球形海胆状氧化铜颗粒及其制备方法、应用。

背景技术

氧化铜作为典型的p型过渡金属氧化物，具有窄带隙(Eg＝1.2～1.9eV)，自然资源丰富、低价无毒、合成简单且形状多样，由于其独特的光、热、电、磁等性质在气体传感器、太阳能光伏、锂离子电池、光催化、超级电容器等各种应用中受到广泛关注。这其中的很多应用与其形状、结构、尺寸或晶面等有着重要的关联，制备形貌可控的氧化铜材料是其发展和应用的基础。如气体传感器对于低密度多孔(高孔隙率)结构，光催化对于高比表面积结构的需求，这往往意味着更为复杂的结构(如花状、蜂窝结构、空心等)和制备方法。

近年来具有海胆形状的金属或金属氧化物颗粒因具有高比表面积、低密度、多位点等特点，开始引起了人们的关注。如：耿旺昌等人提出了一种海胆状氧化铜及其制备方法和应用(CN108665556A)，通过水热反应成功得到了一种海胆状氧化铜颗粒，具有比表面积大，良好分散性和结晶性，尺寸为2.0～3.0μm，但产品具有带刺不够长(仅为数百nm)，整体更偏向于球体而非多孔多缝隙、长带刺的海胆结构，同时反应周期过长(10～14h)；苏发兵等人公开了一种海胆状氧化铜催化剂、其制备方法及其用途，通过溶剂热反应得到海胆状氧化铜催化剂，粒径为0.5～10μm，带刺更短(几十nm)，甚至更多的是仅为球体外表面生长的短毛刺，对反应环境和设备具有较高要求(反应釜)且需要表面活性剂作为添加剂；Tai-HsunChang等人Formation ofurchin-like CuO structure through thermal oxidationand its field-emission lighting application中制备了一种海胆状氧化铜颗粒，围绕中心核周围遍布有细长的毛刺，但是依然存在毛刺占整体体积比例过小，中心核过大的缺点，且需要在数百度高温获得。因此提出一种无需添加剂，能快速制备具有更长带刺更高比表面积的海胆状氧化铜颗粒的制备方法具有重要的研究价值。

虽然目前也已经有大量关于氧化铜制备方法的报道，如水热法、化学沉淀法、溶胶-凝胶法、电化学法、煅烧法等，但很多方法多少具有需要高温高压，反应时间长、需要特殊环境(如高温高压、特殊气体、添加剂等)或设备、过程复杂等缺点。比如：任占东等人公开的一种负载型花状氧化铜的制备方法及深度脱除黄磷尾气中磷化氢的方法(CN104941613A)，采用了水热反应，过程复杂，且需要反应釜等特殊环境；路军等人公开的一种片状纳米氧化铜的制备方法及应用(CN110436508A)，提到了煅烧法，具有工艺流程简单等特点，但需要300～600℃的高温；王小三等人公开的一种花状氧化铜纳米球的合成方法及应用(CN111517358A)中，提到了冷热回流法，在常温常压反应，但需要特殊的冷热回流设备，且需要添加剂。因此，开发一种流程简单，反应条件要求低，无需添加剂，无需高温高压，无需特殊气体环境、易于大规模应用也具有很重要的意义。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种球形海胆状氧化铜颗粒及其制备方法、应用，通过铜盐和硫脲先得到前体沉淀液，然后进一步加入氢氧化物溶液进行二次反应，实现了球形海胆状氧化铜颗粒的制备；同时制备工艺也满足流程简单，条件要求低，成本低廉，易于工业化生产的特点。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种球形海胆状氧化铜颗粒的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：