氧化亞銅形貌控制及其形成機(jī)理研究.pdf

1、氧化亞銅制備成本低,無毒且原材料豐富,具有良好氣敏特性和較高光催化活性,廣泛應(yīng)用于氣敏元件、光催化劑和太陽能轉(zhuǎn)換電池等領(lǐng)域。因此,實(shí)現(xiàn)氧化亞銅納米材料的形貌可控制備成為合成領(lǐng)域具有重大意義的研究課題。由于微納米氧化亞銅的形貌對其物理和化學(xué)性能有著重要影響。因此,關(guān)于不同形貌氧化亞銅的可控合成開始引起廣大科研人員的研究熱情。目前,水熱法已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)氧化亞銅形貌可控制備的有效方法之一。
　　本論文的主要目的是探索影響氧化銅形貌的工藝參

2、數(shù),從而達(dá)到對氧化亞銅形貌的可控合成,以及對所制備不同形貌的氧化亞銅進(jìn)行表征,為理性設(shè)計(jì)并精確控制氧化銅形貌提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。本論文采用水熱法成功制備出片層組裝的玫瑰花狀、八面體和空心球這三種不同形貌的氧化亞銅。同時,對這三種不同形貌的氧化亞銅形成機(jī)理進(jìn)行了推測。研究結(jié)果表明:
　　①在本實(shí)驗(yàn)條件下,表面活性劑和反應(yīng)物溶劑的組成對氧化亞銅的形貌具有一定的影響作用。其中PVPK30和PEG具有片層組裝功能,而CTAB和SDS則不具備片層

3、組裝功能。隨著有機(jī)溶劑N,N-二甲基甲酰胺體積的增加,表面活性劑PEG的片層組裝作用將受到削弱,另外,有機(jī)溶劑N,N-二甲基甲酰胺的體積還將影響到氧化亞銅矩形片的長寬比。
　?、谝訡uSO4和NaOH為原料,蒸餾水和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液為溶劑,PVPK30為表面活性劑,采用水熱的方法于120℃合成了玫瑰花狀納米氧化亞銅。這些花狀的氧化亞銅由許多厚度在50-60nm,長度和寬度在1-2μm的氧化亞銅納米片所組成。分析認(rèn)為,

4、在本實(shí)驗(yàn)條件下,PVPK30對于玫瑰花狀納米氧化亞銅的形成具有重要的作用。其可能形成機(jī)制為:首先,溶液中生成氧化亞銅納米顆粒;接著,這些納米顆粒線性排列并組合成納米顆粒鏈;然后,這些納米顆粒鏈又合并成納米片;最后,PVPK30結(jié)構(gòu)單元中“–C=O”官能團(tuán)帶有負(fù)電荷的O原子和氧化亞銅納米片中帶有正電荷的Cu原子之間的靜電作用,一片又一片的氧化亞銅納米片朝著表面活性劑PVPK30這一中心聚集組裝,最終形成了玫瑰花狀氧化亞銅。
　　③反

5、應(yīng)物濃度較高時(NaOH和Cu(SO4)2溶液的濃度分別為100mmol/L,50mmol/L),表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)主導(dǎo)著{111}晶面的生長,從而最終獲得尺寸相對較大的八面體。在反應(yīng)物濃度較低(NaOH和Cu(SO4)2溶液濃度為10mmol/L,5mmol/L)時,表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)不再主導(dǎo){111}晶面生長,而是{100}晶面主導(dǎo)晶體自由生長,以至獲得最終的立方體。
　　④以蒸餾水和乙醇胺的混

6、合液作為溶劑,SDS作為誘發(fā){111}晶面生長的表面活性劑,采用水熱的方法于120℃合成了分散均勻單一的八面體氧化亞銅。分析認(rèn)為,水熱溶液中的pH值對形成八面體氧化亞銅發(fā)揮了重要的作用。我們推斷以為OH_優(yōu)先吸附在{111}晶面上,這將降低{111}晶面的表面能?？赡艿难葑冞^程為:在水熱反應(yīng)過程中,隨著時間的延長時,氧化亞銅先生成立方體,然后形成去角立方體,立方八面體,去角八面體,最終生成氧化亞銅八面體。
　?、菀?.50ml乙醇

7、胺和54.50ml蒸餾水的混合液作為溶劑,不加入任何表面活性劑,經(jīng)過陳化處理,無模板法成功合成了外徑4-5μm,其內(nèi)徑約為2.5μm,壁厚為0.75-1.25μm的氧化亞銅空心球。分析認(rèn)為,前驅(qū)體氫氧化銅微粒由表及里被水合肼逐層還原在表面生成氧化亞銅殼層,直至最后被完全消耗是形成氧化亞銅空心球的主要原因。奧斯特瓦爾德熟化(Ostwald ripening)在形成氧化亞銅空心球的第二階段起到了一定的促進(jìn)作用。在本實(shí)驗(yàn)條件下,推斷以為,所合