一种氧化铜纳米材料及其在三甲胺气体检测中的应用

本发明公开了一种氧化铜纳米材料及其在三甲胺气体检测中的应用，属于纳米材料。

背景技术：

1、三甲胺为常见主要气体污染物之一，易燃易爆，具有腥臭味，对人体的主要危害是对眼、鼻、咽喉和呼吸道的刺激作用。浓三甲胺水溶液能引起皮肤剧烈的烧灼感和潮红，洗去溶液后皮肤上仍可残留点状出血。长期接触感到眼、鼻、咽喉干燥不适。鱼类死亡之后，在酶、细菌、高温环境的作用下蛋白质开始分解，大部分氧化三甲胺也被还原成具有腥臭味的三甲胺。鱼类死亡时间越长，三甲胺的浓度就越高，腥臭味也就越大。三甲胺是鱼的新鲜度的生化指标。三甲胺含量越高，鱼越不新鲜。一般淡水鱼的新鲜指标为三甲胺含量不高于6mg/100g，而海鱼的新鲜指标为三甲胺含量在39mg/100g以下。因而，三甲胺是海鲜类产品腐败变质的标志性气体，在水产领域对三甲胺的准确检测有重要意义。

2、cuo纳米材料由于其独特的光、电磁特性，以及含量丰富等优势，成为多种应用方向的研究热点，可以作为锂电池、太阳能电池、超级容器、传感器、催化剂、光电探测器等方面的环保、低成本的能源材料。cuo纳米粒子的应用性能与其优势暴露晶面、微观结构、粒子形貌等特性密切相关，表现出显著的晶面效应、结构效应、形貌效应。目前纳米cuo的制备方法有很多，其中化学方法居多，有热氧化法、溶胶凝法、溶胶凝法、电化学沉积法、水热法等，然而不同制备方法制备出的cuo纳米材料微观结构也大不相同。本领域技术人员知道，cuo纳米粒子的应用性能与其优势暴露晶面、微观结构、粒子形貌等特性密切相关，表现出显著的晶面效应、结构效应、形貌效应。因而，通过改进cuo纳米粒子的制备方法制备出特定相貌和应用性能更加优异的cuo纳米粒子变得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氧化铜纳米材料，其是在普通水热法的基础上优化改进，通过严格调节尿素、无水醋酸铜、乙二醇及表面活性剂sdbs的比例及用量，并采用微波加热反应的方式制成特定形貌的氧化铜纳米材料，且该材料对三甲胺气体具有优异的检测效果。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种氧化铜纳米材料，它是采用下述方法制备得到的：

4、(1)准确称取无水醋酸铜，溶解于去离子水中，室温下用磁力搅拌器搅拌5min，得到溶液a；

5、(2)将溶液a置于搅拌装置中不断搅拌状态下，将适量乙二醇加入其中，搅拌5min后再向混合液中加入适量表面活性剂sdbs，继续搅拌10min得到溶液b；

6、(3)准确称取尿素，加入到去离子水中溶解完全，然后将其与步骤(1)中溶液a混合并持续搅拌5min得溶液c；

7、(4)将溶液c加入微波水热反应石英管中，调节升温速率使温度在1分钟内升温至140℃，保温一段时间后，待自然冷却后取出，将反应釜中的液体移至离心管中，离心洗涤后干燥获得黑色粉末即为本发明所述氧化铜纳米材料。

8、优选的，所述无水醋酸铜、乙二醇、尿素的质量比为4:330:1。

9、优选的，所述表面活性剂sdbs与无水醋酸铜的质量比为：1:40。

10、优选的，所述溶液a的浓度为0.02g/ml。

11、优选的，所述步骤(3)中尿素溶液浓度为0.005g/ml。

12、优选的，所述步骤(4)中保温反应时间为5min，离心洗涤后产物干燥温度为65℃，时间为8h。

13、本发明的另一目的在于提供一种氧化铜纳米材料在三甲胺气体检测中的应用。

14、本发明制得的氧化铜纳米材料为形貌相似的花状分级结构，分散性较好，花状结构由更薄的纳米片组装而成，该结构有利于气体的疏扩散，显著提高了材料的气敏性能，对三甲胺气体的检测最低检出限可以达到10ppm。

15、本发明中采用尿素为碱源，通过水解缓慢释放出oh-，并与cu2+反应生成cu(oh)2，cu(oh)2加热分解生成cuo。通过控制碱源与cu2+的摩尔比严格控制水解反应速度，以乙二醇为反应助剂，同时加入表面活性剂sdbs作为导向剂，以微波加热处理方法作为晶面生长阻断调控方法，所以形成了具有本发明的特定的花状分级结构形貌的氧化铜纳米材料。其中乙二醇溶剂、表面活性剂sdbs、尿素、微波加热对于形貌的形成起到协同作用，共同作用促进该种结构的快速获得，缺乏任何一个均无法获得这种形貌的氧化铜纳米材料。

16、本发明研究内容受到山东省自然科学基金项目(项目名称：石墨炔-mos2纳米片异质结的甲苯气敏性能及敏感机理研究，项目编号：zr2020mf025)、2023年度临沂市兰山区科技创新发展计划项目、2023年度临沂市重点研发计划项目资助。

17、本发明的有益效果是：本发明制备了一种高分散花状分级结构的纳米氧化铜，花状结构由更薄的纳米片组装而成，该结构有利于气体的疏扩散，对三甲胺气体具有优异的检测灵敏度，检出限可以达到10ppm；采用微波加热方法制备纳米氧化铜，加热迅速，节省能源，节能减排，绿色发展，有利于工业化生产；普通水热要数小时到几十小时不等，该方法只需要几分钟，效率提升广泛。

技术特征：

1.一种氧化铜纳米材料，其特征在于，它是采用下述方法制备得到的：

2.根据权利要求1所述的氧化铜纳米材料，其特征在于，所述无水醋酸铜、乙二醇、尿素的质量比为4:330:1。

3.根据权利要求1所述的氧化铜纳米材料，其特征在于，所述表面活性剂sdbs与无水醋酸铜的质量比为：1:40。

4.根据权利要求1所述的氧化铜纳米材料，其特征在于，所述溶液a的浓度为0.02g/ml。

5.根据权利要求1所述的氧化铜纳米材料，其特征在于，所述步骤(3)中尿素溶液浓度为0.005g/ml。

6.根据权利要求1所述的氧化铜纳米材料，其特征在于，所述步骤(4)中保温反应时间为5min，离心洗涤后产物干燥温度为65℃，时间为8h。

7.一种权利要求1-6任一项所述的氧化铜纳米材料在三甲胺气体检测中的应用。

技术总结本发明公开了一种氧化铜纳米材料及其在三甲胺气体检测中的应用，它是在普通水热法的基础上优化改进，通过严格调节尿素、无水醋酸铜、乙二醇及表面活性剂SDBS的比例及用量，并采用微波加热反应的方式制成特定形貌的氧化铜纳米材料。该纳米材料为形貌相似的花状分级结构，分散性较好，花状结构由更薄的纳米片组装而成，该结构具有高比表面积，增加了气体吸附位点，显著提高了材料的气敏性能，对三甲胺气体的检测最低检出限可以达到10ppm，具有广阔的应用前景。技术研发人员：梁士明,吕春晓受保护的技术使用者：临沂大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5