摘要: 氧化亚铜制备成本低,无毒且原材料丰富,具有良好气敏特性和较高光催化活性,广泛应用于气敏元件、光催化剂和太阳能转换电池等领域。因此,实现氧化亚铜纳米材料的形貌可控制备成为合成领域具有重大意义的研究课题。由于微纳米氧化亚铜的形貌对其物理和... 展开 氧化亚铜制备成本低,无毒且原材料丰富,具有良好气敏特性和较高光催化活性,广泛应用于气敏元件、光催化剂和太阳能转换电池等领域。因此,实现氧化亚铜纳米材料的形貌可控制备成为合成领域具有重大意义的研究课题。由于微纳米氧化亚铜的形貌对其物理和化学性能有着重要影响。因此,关于不同形貌氧化亚铜的可控合成开始引起广大科研人员的研究热情。目前,水热法已经成为实现氧化亚铜形貌可控制备的有效方法之一。 本论文的主要目的是探索影响氧化铜形貌的工艺参数,从而达到对氧化亚铜形貌的可控合成,以及对所制备不同形貌的氧化亚铜进行表征,为理性设计并精确控制氧化铜形貌提供实验基础。本论文采用水热法成功制备出片层组装的玫瑰花状、八面体和空心球这三种不同形貌的氧化亚铜。同时,对这三种不同形貌的氧化亚铜形成机理进行了推测。研究结果表明: ①在本实验条件下,表面活性剂和反应物溶剂的组成对氧化亚铜的形貌具有一定的影响作用。其中PVPK30和PEG具有片层组装功能,而CTAB和SDS则不具备片层组装功能。随着有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺体积的增加,表面活性剂PEG的片层组装作用将受到削弱,另外,有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺的体积还将影响到氧化亚铜矩形片的长宽比。 ②以CuSO4和NaOH为原料,蒸馏水和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液为溶剂,PVPK30为表面活性剂,采用水热的方法于120℃合成了玫瑰花状纳米氧化亚铜。这些花状的氧化亚铜由许多厚度在50-60nm,长度和宽度在1-2μm的氧化亚铜纳米片所组成。分析认为,在本实验条件下,PVPK30对于玫瑰花状纳米氧化亚铜的形成具有重要的作用。其可能形成机制为:首先,溶液中生成氧化亚铜纳米颗粒;接着,这些纳米颗粒线性排列并组合成纳米颗粒链;然后,这些纳米颗粒链又合并成纳米片;最后,PVPK30结构单元中“–C=O”官能团带有负电荷的O原子和氧化亚铜纳米片中带有正电荷的Cu原子之间的静电作用,一片又一片的氧化亚铜纳米片朝着表面活性剂PVPK30这一中心聚集组装,最终形成了玫瑰花状氧化亚铜。 ③反应物浓度较高时(NaOH和Cu(SO4)2溶液的浓度分别为100mmol/L,50mmol/L),表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)主导着{111}晶面的生长,从而最终获得尺寸相对较大的八面体。在反应物浓度较低(NaOH和Cu(SO4)2溶液浓度为10mmol/L,5mmol/L)时,表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)不再主导{111}晶面生长,而是{100}晶面主导晶体自由生长,以至获得最终的立方体。 ④以蒸馏水和乙醇胺的混合液作为溶剂,SDS作为诱发{111}晶面生长的表面活性剂,采用水热的方法于120℃合成了分散均匀单一的八面体氧化亚铜。分析认为,水热溶液中的pH值对形成八面体氧化亚铜发挥了重要的作用。我们推断以为OH_优先吸附在{111}晶面上,这将降低{111}晶面的表面能。可能的演变过程为:在水热反应过程中,随着时间的延长时,氧化亚铜先生成立方体,然后形成去角立方体,立方八面体,去角八面体,最终生成氧化亚铜八面体。 ⑤以0.50ml乙醇胺和54.50ml蒸馏水的混合液作为溶剂,不加入任何表面活性剂,经过陈化处理,无模板法成功合成了外径4-5μm,其内径约为2.5μm,壁厚为0.75-1.25μm的氧化亚铜空心球。分析认为,前驱体氢氧化铜微粒由表及里被水合肼逐层还原在表面生成氧化亚铜壳层,直至最后被完全消耗是形成氧化亚铜空心球的主要原因。奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald ripening)在形成氧化亚铜空心球的第二阶段起到了一定的促进作用。在本实验条件下,推断以为,所合成的氧化亚铜空心球先后经历大致以下四个阶段:前驱体Cu(OH)2微球的形成,Cu2O球壳的形成,前驱体Cu(OH)2微球中心的逐渐被还原和内部核Cu(OH)2的消失,Cu2O空心球的形成。 收起