[發明專利]多孔中空氧化銅納米纖維及其制備方法

無效

• 申請號: 201010525552.6
• 申請日: 2010-10-29
• 公開（公告）號: CN102452681A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: 向海帆;余曉蘭;龍宇華;張小莉;趙寧;徐堅
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C01G3/02
• 分類號: C01G3/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明屬于納米材料制備領域，涉及一種多孔中空納米纖維及其制備方法，具體涉及一種多孔中空氧化銅納米纖維及其制備方法。

背景技術

一維金屬氧化物納米材料由于結構特殊，化學性質優異，在傳感器，光電學，催化劑等方面應用廣泛，其制備與性能研究一直備受矚目。氧化銅作為金屬氧化物的一種，在催化、脫硫、殺菌等方面表現出獨特的性質，同時氧化銅納米纖維為一維本征p-型半導體材料，具有較窄的能帶寬度(1.2eV)，在場效晶體管，光電轉換等方面有著廣闊的用途，因此成為研究的熱點。傳統制備氧化銅納米纖維的方法包括：靜電紡絲法(H.Wu，D.D.Lin，W.Pan，Applied?Physics?Letters?2006，89：133125)，模板法(C.T.Hsieth，J.M.Chen，H.H.Lin，H.?C.Shih，Applied?Physics?Letters?2003，82：3316)，熱沉積法(W.Wang，Z.Liu，Y.Liu，C.Xu，C.Zheng，G.Wang，Applied?Physics?A-Materials?Science?&?Processing，2003，76：417)等。這些方法中，靜電紡絲法簡單方便，獲得的氧化銅納米纖維長達數微米，故成為制備一維氧化銅納米材料的典型方法。近年來，為了增大金屬氧化物納米纖維的比表面積以提高其原有性能，人們常通過下列方法設計并制備中空金屬氧化物納米纖維：(1)模板法：以纖維類材料為模板，通過化學沉積，然后燒結得到中空納米纖維(R.A.Caruso，J.H.Schattka，A.Greiner，Advanced?Materials2001，13：1577)；(2)同軸靜電紡絲法：通過對噴絲頭進行同軸設計，紡絲得到具有核殼結構的納米纖維，最終燒結得到中空納米纖維(D.Li，Y.N.Xia，Nano?Letters，2004，4，933)。雖然這兩種方法都能獲得中空納米纖維，但前者需要多步，后者需要對紡絲裝置進行特殊且精確的設計，因此仍有一定的局限性。此外，有關多孔中空氧化銅納米纖維的制備也鮮有報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種多孔中空氧化銅納米纖維及其制備方法。

本發明提供的制備多孔中空氧化銅納米纖維的方法，包括如下步驟：

1)將銅鹽與聚合物溶于乙醇中，得到紡絲液；

2)將所述步驟1)所得紡絲液進行靜電紡絲，所述靜電紡絲步驟完畢后再進行燒結，得到所述多孔中空氧化銅納米纖維。

上述方法的步驟1)中，所述銅鹽選自無水醋酸銅和一水合醋酸銅中的至少一種，優選一水合醋酸銅；所述聚合物選自聚乙烯基吡咯烷酮、乙烯基吡咯烷酮-醋酸乙烯酯共聚物和聚乙烯基吡咯烷酮-聚醋酸乙烯酯共混物中的至少一種，優選聚乙烯基吡咯烷酮；其中，所述聚乙烯吡咯烷酮的相對分子量為100,000-500,000，優選360,000，所述乙烯基吡咯烷酮-醋酸乙烯酯共聚物的重均分子量為45,000-70,000，優選50,000，所述聚乙烯基吡咯烷酮-聚醋酸乙烯酯共混物中，聚乙烯基吡咯烷酮的相對分子量為100,000-500,000，優選360,000，聚醋酸乙烯酯的重均分子量為100,000-500,000，優選170,000。乙烯基吡咯烷酮-醋酸乙烯酯共聚物中，乙烯基吡咯烷酮和醋酸乙烯酯的質量比可為6∶4，聚乙烯基吡咯烷酮與聚醋酸乙烯酯組成的共混物中，聚乙烯基吡咯烷酮和聚醋酸乙烯酯的質量比可為9∶1。

所述有機溶劑為乙醇。所述聚合物與所述銅鹽的質量比為2-8∶1，優選4∶1-6∶1；所述紡絲液中，所述聚合物的質量百分濃度為5-20％，具體可為9-11％、11-15％、5-11％或11-20％，優選9％-15％。

所述步驟2)靜電紡絲步驟中，電壓為10-20KV，優選10-15KV；紡絲液的流速為0.1-0.01ml/min，優選0.02-0.05ml/min；噴絲針頭的內徑為0.5-1.0毫米，優選0.6-0.8毫米；噴絲針頭與接收板的間距為10-20厘米，優選10-15厘米；所述燒結步驟中，溫度為450-550℃，優選500-550℃，時間為2-10小時，具體可為2-3小時、3-5小時、5-10小時或2-5小時，優選2-5小時，升溫速度為5℃/min-15℃/min，具體可為5℃/min-6.7℃/min、6.7℃/min-10℃/min或6.7℃/min-15℃/min，優選5℃/min-10℃/min。

按照上述方法制備所得多孔中空氧化銅納米纖維，也屬于本發明的保護范圍。