[發明專利]一種氧化亞銅納米空心球及其合成方法、應用方法

有效

• 申請號: 201310340989.6
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN103387258A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 李昱;陳代松;王洪恩;金俊;黃紹專;陳麗華;鄧兆;陽曉宇;蘇寶連
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C01G3/02
• 分類號: C01G3/02;B82Y30/00;B22F9/22;H01M4/13
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

????本發明涉及一種氧化亞納米銅空心球及其合成方法、應用方法，屬于先進納米材料領域。

技術背景

????銅的兩種穩定存在的氧化物氧化亞銅和氧化銅均是很好的p型半導體，在光催化分解水產氫、染料敏化太陽能電池、鋰離子電池、氣敏等領域有潛在的應用前景。納米空心球結構具有低密度、高比表面積、強吸附能力等特點，在生物、化學和材料等多個領域都有重要應用。尤其是在鋰離子電池、染料吸附、氣敏傳感器等方面會有應用。

到目前為止，國內外科研工作者對氧化亞銅的研究興趣正在加強。對于氧化亞銅形貌的控制合成有諸多的報道。Michael?H.?Huang等人(J.?Am.?Chem.?Soc.?2012,?134,?1261–1267)合成了氧化亞銅立方體到菱形十二面體納米晶并研究了其光催化活性。但現在不少的合成方法均需要較復雜的合成步驟，產品處理比較繁瑣，合成過程中需要大量添加表面活性劑控制形貌，增加了材料制備的成本，很難在工業生產中大規模應用，而且制備的材料尺寸較大，比表面積小，在鋰電及染料吸附方面的性能都很有限。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種氧化亞銅納米空心球及其合成方法，操作簡單，原料廉價易得，制備的獨特空心結構的納米球具有優異的鋰電性能及染料吸附能力。?

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

一種氧化亞銅納米空心球的合成方法，包含以下步驟：

（1）將可溶性銅鹽溶解于有機溶劑，其中銅離子濃度為0.01-0.6?mol/L；

（2）將步驟（1）所述溶液轉入到反應容器中，密閉反應容器，然后置于溫度為120-200℃的反應環境中，保溫反應0.5-8小時，然后自然冷卻；

（3）將步驟（2）所得固體分離后，洗滌干燥得到氧化亞銅納米空心球。?

按上述方案，所述的有機溶劑是乙二醇或乙醇中一種或者二者按任意比例混合。

按上述方案，所述的可溶性銅鹽是硝酸銅、氯化銅或硫酸銅中的一種或者按任意比例混合的混合物。

按上述方案，步驟（1）中所述的銅離子濃度為0.05-0.5?mol/L。

按上述方案，步驟（2）中所述溫度為140-180℃，保溫反應1.5-7小時。

按上述方法所合成的氧化亞銅納米空心球，平均直徑為125nm-700nm，作為鋰離子電池負極電極片，循環可逆容量在0.5?C時高達373?mAh/g（1?C?=?400?mA/g）。

上述方法所合成的氧化亞銅納米空心球，在還原氣氛下200-500℃熱處理（熱處理可在馬弗爐、管式爐等高溫爐中進行）1-3小時，得到銅納米空心球或者銅/氧化亞銅混合納米空心球。氧化亞銅中銅為正一價，處于中間價態，在還原氣氛（氫氣或者一氧化碳等）下，得到一個電子，變成零價的單質銅，當還原氣體過量時，全部還原為單質銅；當還原氣體不足時部分還原成單質銅，產物即為銅和氧化亞銅的混合物。

上述方法所合成的氧化亞銅納米空心球，在氧化氣氛下200-500℃熱處理（熱處理可在馬弗爐、管式爐等高溫爐中進行）1-3小時，得到氧化銅納米空心球或者氧化銅/氧化亞銅混合納米空心球。氧化亞銅中銅為正一價，處于中間價態，在氧化氣氛（空氣、氧氣等）下，失去一個電子，變成正二價的氧化銅，氧化氣體過量時，全部氧化為氧化銅；當氧化氣體不足時部分氧化為氧化銅，產物即為氧化銅和氧化亞銅的混合物。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

第一，本發明在不添加任何表面活性劑的條件下，采用一鍋法水熱合成氧化亞銅空心納米球；

第二，本發明解決了目前制備納米氧化亞銅過程較復雜的問題，本發明的制備過程簡單，實驗設備簡單和廉價易得的原料，可以大量合成氧化亞銅納米空心球，而且通過改變銅離子的濃度、反應溫度和時間等參數可以合成粒徑不同的氧化亞銅納米空心球；

第三，本發明制備的獨特空心結構的納米球具有優異的鋰電性能及染料吸附能力，0.5?C時可逆循環容量高達373?mAh/g（1?C?=?400?mA/g）；6小時內吸附99.6%的染料（染料濃度400?mg/L），解決了目前氧化亞銅鋰電容量低和染料吸附能力較低的問題，為同時解決環境和能源兩大問題提供了很好的技術支持；