纳米铜和氧化亚铜纳米线制备的研究

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纳米铜由于其除了具有通常纳米材料所具有的量子尺寸效应、表面效应和小尺寸效应外,还具有其独特的电学、光学、磁学等性能,使其具有了广泛的应用前景。和其他贵金属如金和银相比,Cu由于导电率高、抗电迁移性好、价格低廉等优点已成为传统电子电路中最常用的导线,也被用作高性能的透明电极、透明导电薄膜、磁性生物传感器等。因此Cu纳米材料的制备受到了研究者们越来越大的关注。提高生产效率,降低生产成本,完善制备工艺,防止铜的团聚和氧化是目前纳米铜研究的首要问题。纳米铜的制备方法很多,其中最常用的是化学还原法。用抗坏血酸(Vc)作为还原剂是一种新型的绿色的方法,其中抗坏血酸不仅仅可以作为还原剂,还可以作为修饰剂,此方法具备工艺简单、操作便捷、经济、效率高等优点。用二乙醇胺做溶剂兼还原剂、形貌控制剂制备纳米铜是一个新颖且简单的方法,可以制备出具有规整 形貌且抗氧化性强的纳米铜颗粒。近年来,硬模板法也成为了制备纳米线的重要方法,利用该方法可以有效的控制纳米线的厚度以及生长方向,防止大量金属团聚,从而合成出具有均一结构的纳米线。本文考察了以二乙醇胺为溶剂和还原剂,CuCl2·2H2O为铜源,制备纳米铜的最佳反应温度,以及在该体系中十六胺(HDA)对产物粒径的影响;考察了以Cu(NO3)2·3H2O为铜源,Vc为还原剂以及修饰剂制备纳米铜的溶剂热法,其中考察了十六胺添加量、Vc用量、溶剂种类、反应时间对产物形貌的影响;考察了模板法以SBA-15为模板剂,Cu(NO3)2·3H2O为铜源,通过超声辅助浸渍法,在液体石蜡中热处理后得到了孔道中的Cu2O纳米线段,其中考察了溶液的浓度、热处理溶剂、分散方式、对前驱体洗涤与否和浸渍时间对产物的影响。所得产物通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、N2吸脱附等表征手段分析。主要得到以下结论:在二乙醇胺体系中,以CuCl2·2H2O为铜源,200℃下可以得到暴露面为(111)面的纳米铜立方体形貌;体系中随着HDA的增多,粒径有增大的趋势,HDA对产物形貌有影响,但是并未得到理想的线状形貌。在溶剂热体系中,不加王IDA, Cu:Vc=1:1, V乙醇:V水=2:1为溶剂,80℃下反应3.0 h时有利于得到少量铜线,延长至9.0 h时有利于形成大量规整的立方体形貌;Cu:Vc=1:1,以蒸馏水做溶剂,反应6.0~12.0 h有利于形成大量的亚微米级铜线,过长或过短都不利于线状形貌的形成;Cu:Vc=1:1,以乙醇做溶剂时产物没有出现完美形貌,且随着时间的延长得到了绿色产物且产物表面出现了覆盖物。在SBA-15体系中,对前驱体样品的洗涤和未洗涤是能否得到负载有铜物种产物的关键性因素;对前驱样品洗涤会造成孔道内Cu2+流失,热处理后得不到纳米Cu2O颗粒;不经洗涤的前驱体样品,搅拌分散和超声分散在液体石蜡中热处理后均可获得在孔道中Cu2O纳米线段;浸渍时间延长有利于更多Cu2+的进入SBA-15孔道形成纳米线段;反复浸渍法在液体石蜡中热处理有利于得到沿SBA-15孔道外壁均匀分布的Cu2O纳米线;以SBA-15作为模板剂制备纳米线材料不适合在碱性溶剂及极性溶剂中热处理。使用碱性溶剂会使SBA-15骨架坍塌,使用极性溶剂会使已在浸渍过程中进入孔道中的Cu2+迁移至孔外形成纳米颗粒。
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