不同形貌氧化銅納米材料的合成及表征

王伯偉　趙潔婷　周剛　王楠

摘 要：納米材料是由粒徑為1～100nm的粒子組成的超微細材料，具有小尺寸效應，量子尺寸效應及表面效應等，在光、電、催化等方面具有優越的性質。納米材料的制備方法分為氣相法、液相法和固相法等。文章以液相法為主，在氫氧化鈉體系中，通過改變不同的反應介質，在120℃的水熱條件下，得到了三種形貌不同的納米材料。用掃描電鏡、XRD對得到的產物進行表征，根據實驗結果進行探討。保持合成方法不變，改變不同的水熱反應溫度，均未得到具有此形貌的氧化銅納米材料。

關鍵詞：氧化銅；納米材料；水熱法；SEM表征

中圖分類號：O614.121 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0032-02

Abstract： Nanomaterials are ultrafine materials composed of 1～100 nm particles with small size effect， quantum size effect and surface effect. They have excellent properties in light， electricity， catalysis and so on. The preparation methods of nano-materials can be divided into gas phase method， liquid phase method and solid phase method. In this paper， three kinds of nanomaterials with different morphologies were obtained by changing different reaction media and hydrothermal conditions at 120℃ in the system of sodium hydroxide by liquid phase method. The product was characterized by SEM and XRD， and discussed according to the experimental results. When the synthesis method was unchanged while changing the different hydrothermal reaction temperature， the study did not obtain copper oxide nanomaterials with certain morphology.

Keywords： copper oxide （CuO）； nanomaterials； hydrothermal method； SEM characterization

近年來，納米技術作為一種新型的研究方法，在各種領域均被廣泛應用。氧化銅納米材料是一種銅的黑色氧化物，氧化銅納米材料具有表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應及宏觀量子隧道效應等性質[1-2]。與一般的氧化銅化合物相比，氧化銅納米材料的納米尺度具有特殊的光學性質、電學性質及催化性質等。不同形貌的氧化銅納米材料，因其形狀、尺寸、比表面積等不同，具有不同的性質[3-4]。本文以硝酸銅及氫氧化鈉為原料，采用水熱合成的方法，合成了六方相納米材料，并調節不同的反應溶液及反應時間，得到了形貌不同的納米材料[5]。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑及儀器

試劑：六次亞甲基四胺，硝酸銅，氫氧化鈉，乙二醇，乙醇，蒸餾水。

儀器：DGG型立式鼓風干燥箱，TG16W型臺式高速離心機，SCZL型磁力攪拌器，SU8100型冷場掃描電鏡，SMART APEXIICCD型X射線衍射儀。

1.2 氧化銅納米材料的合成

將10mL 1.00mol/L 的硝酸銅溶液加入到配置好的10 mL1.00mol/L的氫氧化鈉溶液中，取2g六次亞甲基四胺粉末，邊攪拌邊加入到上述混合溶液中，保持底物相同，配備相同的溶液三份；分別取15mL乙醇、乙二醇、蒸餾水溶液加入到上述三份溶液中，攪拌15min，得到均勻的混合溶液，將溶液轉移至聚四氟乙烯的高壓反應釜內，在120℃下反應12h，以10°C·h-1的降溫速率降溫至20℃，得到黑色粉末。從高壓反應釜內取出反應液，用蒸餾水離心分離三次，再用無水乙醇洗滌三次，放入50℃烘箱中烘干。

1.3 分析與表征

將烘干的黑色粉末放于瑪瑙研缽中研磨成超細粉末，稱取0.01g放于洗凈的燒杯中，加入20mL無水乙醇，超聲震蕩20min，使其充分溶解于無水乙醇中，取出靜至。用移液槍吸取少量上層清液，滴在制好的硅片上，放置24h，待硅片上的無水乙醇揮發完全。將制好的樣品放于日本HITACHI SU8100型掃描電鏡上進行表征，電壓設置為15kV。樣品物相分析由SMART APEXIICCD型X射線衍射儀進行測試，掃描速度設置為5°/min，銅靶（40kV，40mA）。

2 結果與討論

2.1 SEM表征

采用水熱合成的方法，在120℃溫度下反應后，得到黑色粉末狀產物。以得到產物的形貌為研究對象，通過掃描電鏡檢測，考查了在相同水熱條件下，改變不同反應介質，對產物形貌的影響。實驗結果表明，圖1（a）和圖1（b）是120℃下在水溶液中反應后得到的產物，從圖中可知， 產生的納米氧化銅形貌類似金絲皇菊，花瓣呈針狀。圖1（c）和圖1（d）是120℃下在乙醇溶液中反應后得到的產物，從圖中可知，產生的納米氧化銅形貌類似散落的花瓣，呈片狀。圖1（e）和圖1（f）是120 ℃下在乙二醇溶液中反應后得到的產物，從圖中可知， 產生的納米氧化銅形貌類似蓮花，花瓣呈片狀。

不改變其他反應條件，僅改變反應的溫度，在90℃和150℃水熱條件下進行實驗，均未得到在120℃下所產生的的金絲皇菊、花瓣及蓮花狀納米氧化銅材料。只得到了少量形狀不規則的顆粒物，并出現顆粒大量團聚現象。

2.2 XRD表征

圖2（a）、圖2（b）、圖2（c）分別是在三種不同溶液中，通過水熱合成反應法得到的三種氧化銅納米材料的XRD 譜圖。由圖表明，所有產物的衍射峰均與氧化銅標準卡（48-1548）的XRD衍射峰相一致。在光譜上沒有其他雜質峰，如氧化亞銅衍射峰或銅衍射峰，本實驗所得材料純度較高。

3 結束語

本文通過水熱合成的方法，合成了具有不同形貌的氧化銅納米材料，并對得到的材料進行了表征。探討了在不同反應介質及反應溫度下，不同產物的形貌表征。在相同水熱條件下，改變不同反應介質，所得產物的形貌不同。在120℃下，水溶液中反應得到納米氧化銅形貌類似金絲皇菊，呈現針狀花瓣形；乙醇溶液中反應得到納米氧化銅形貌類似散落的花瓣，呈現片狀；乙二醇溶液中反應得到納米氧化銅形貌類似蓮花，呈現片狀花瓣。僅改變反應溫度，分別在90℃下和150℃下進行實驗，得到的產物進行測試后，合成的材料均未得到在120℃條件下所產生的形貌，只得到了少量的形狀不規則的顆粒物，且大量團聚。綜上可知，合成條件對產生納米材料的形貌及性質有關鍵性的作用，制備新型具有優秀性能的氧化銅納米材料仍是納米材料領域的研究熱點。

參考文獻：

[1]郭赫.稀土化合物納米棒的水熱合成及表征[J].科技創新與應用，2017（30）：12-13.

[2]賈聰圃，周羅肖，何穎，等.泡沫銅負載氧化銅/鈷錳氫氧化物復合納米線陣列的制備及其電化學性能[J].華東理工大學學報（自然科學版），2018，44（03）：323-330.

[3]Ahmadi Rahman， Khodadadi Darban Ahmad，Abdollahy Mahmoud， Fan Maoming.Nano-microbubble flotation of fine and ultrafine chalcopyrite particles[J]. International Journal of Mining Science and Technology，2014，24（04）：559-566.

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[5]楊慧，劉志宏.花狀氧化銅納米結構的制備及其性能研究[J].陜西師范大學學報（自然科學版），2009，37（06）：60-62.