不同形貌氧化铜纳米材料的合成及表征

王伯伟　赵洁婷　周刚　王楠

摘 要：纳米材料是由粒径为1～100nm的粒子组成的超微细材料，具有小尺寸效应，量子尺寸效应及表面效应等，在光、电、催化等方面具有优越的性质。纳米材料的制备方法分为气相法、液相法和固相法等。文章以液相法为主，在氢氧化钠体系中，通过改变不同的反应介质，在120℃的水热条件下，得到了三种形貌不同的纳米材料。用扫描电镜、XRD对得到的产物进行表征，根据实验结果进行探讨。保持合成方法不变，改变不同的水热反应温度，均未得到具有此形貌的氧化铜纳米材料。

关键词：氧化铜；纳米材料；水热法；SEM表征

中图分类号：O614.121 文献标志码：A 文章编号：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

近年来，纳米技术作为一种新型的研究方法，在各种领域均被广泛应用。氧化铜纳米材料是一种铜的黑色氧化物，氧化铜纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等性质[1-2]。与一般的氧化铜化合物相比，氧化铜纳米材料的纳米尺度具有特殊的光学性质、电学性质及催化性质等。不同形貌的氧化铜纳米材料，因其形状、尺寸、比表面积等不同，具有不同的性质[3-4]。本文以硝酸铜及氢氧化钠为原料，采用水热合成的方法，合成了六方相纳米材料，并调节不同的反应溶液及反应时间，得到了形貌不同的纳米材料[5]。

1 实验部分

1.1 实验试剂及仪器

试剂：六次亚甲基四胺，硝酸铜，氢氧化钠，乙二醇，乙醇，蒸馏水。

仪器：DGG型立式鼓风干燥箱，TG16W型台式高速离心机，SCZL型磁力搅拌器，SU8100型冷场扫描电镜，SMART APEXIICCD型X射线衍射仪。

1.2 氧化铜纳米材料的合成

将10mL 1.00mol/L 的硝酸铜溶液加入到配置好的10 mL1.00mol/L的氢氧化钠溶液中，取2g六次亚甲基四胺粉末，边搅拌边加入到上述混合溶液中，保持底物相同，配备相同的溶液三份；分别取15mL乙醇、乙二醇、蒸馏水溶液加入到上述三份溶液中，搅拌15min，得到均匀的混合溶液，将溶液转移至聚四氟乙烯的高压反应釜内，在120℃下反应12h，以10°C·h-1的降温速率降温至20℃，得到黑色粉末。从高压反应釜内取出反应液，用蒸馏水离心分离三次，再用无水乙醇洗涤三次，放入50℃烘箱中烘干。

1.3 分析与表征

将烘干的黑色粉末放于玛瑙研钵中研磨成超细粉末，称取0.01g放于洗净的烧杯中，加入20mL无水乙醇，超声震荡20min，使其充分溶解于无水乙醇中，取出静至。用移液枪吸取少量上层清液，滴在制好的硅片上，放置24h，待硅片上的无水乙醇挥发完全。将制好的样品放于日本HITACHI SU8100型掃描电镜上进行表征，电压设置为15kV。样品物相分析由SMART APEXIICCD型X射线衍射仪进行测试，扫描速度设置为5°/min，铜靶（40kV，40mA）。

2 结果与讨论

2.1 SEM表征

采用水热合成的方法，在120℃温度下反应后，得到黑色粉末状产物。以得到产物的形貌为研究对象，通过扫描电镜检测，考查了在相同水热条件下，改变不同反应介质，对产物形貌的影响。实验结果表明，图1（a）和图1（b）是120℃下在水溶液中反应后得到的产物，从图中可知， 产生的纳米氧化铜形貌类似金丝皇菊，花瓣呈针状。图1（c）和图1（d）是120℃下在乙醇溶液中反应后得到的产物，从图中可知，产生的纳米氧化铜形貌类似散落的花瓣，呈片状。图1（e）和图1（f）是120 ℃下在乙二醇溶液中反应后得到的产物，从图中可知， 产生的纳米氧化铜形貌类似莲花，花瓣呈片状。

不改变其他反应条件，仅改变反应的温度，在90℃和150℃水热条件下进行实验，均未得到在120℃下所产生的的金丝皇菊、花瓣及莲花状纳米氧化铜材料。只得到了少量形状不规则的颗粒物，并出现颗粒大量团聚现象。

2.2 XRD表征

图2（a）、图2（b）、图2（c）分别是在三种不同溶液中，通过水热合成反应法得到的三种氧化铜纳米材料的XRD 谱图。由图表明，所有产物的衍射峰均与氧化铜标准卡（48-1548）的XRD衍射峰相一致。在光谱上没有其他杂质峰，如氧化亚铜衍射峰或铜衍射峰，本实验所得材料纯度较高。

3 结束语

本文通过水热合成的方法，合成了具有不同形貌的氧化铜纳米材料，并对得到的材料进行了表征。探讨了在不同反应介质及反应温度下，不同产物的形貌表征。在相同水热条件下，改变不同反应介质，所得产物的形貌不同。在120℃下，水溶液中反应得到纳米氧化铜形貌类似金丝皇菊，呈现针状花瓣形；乙醇溶液中反应得到纳米氧化铜形貌类似散落的花瓣，呈现片状；乙二醇溶液中反应得到纳米氧化铜形貌类似莲花，呈现片状花瓣。仅改变反应温度，分别在90℃下和150℃下进行实验，得到的产物进行测试后，合成的材料均未得到在120℃条件下所产生的形貌，只得到了少量的形状不规则的颗粒物，且大量团聚。综上可知，合成条件对产生纳米材料的形貌及性质有关键性的作用，制备新型具有优秀性能的氧化铜纳米材料仍是纳米材料领域的研究热点。

参考文献：

[1]郭赫.稀土化合物纳米棒的水热合成及表征[J].科技创新与应用，2017（30）：12-13.

[2]贾聪圃，周罗肖，何颖，等.泡沫铜负载氧化铜/钴锰氢氧化物复合纳米线阵列的制备及其电化学性能[J].华东理工大学学报（自然科学版），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，刘志宏.花状氧化铜纳米结构的制备及其性能研究[J].陕西师范大学学报（自然科学版），2009，37（06）：60-62.