铜纳米材料的制备及性质研究

发布时间：2020-02-16 10:13

【摘要】：铜纳米材料(包括纳米线和纳米粒子)拥有非常优异的导电、催化和抑菌性能,而且价格非常低廉,有着广阔的应用前景。因此,铜纳米材料的制备方法、形貌控制和性能调控成为近年来科学家的研究热点。在本论文工作之前,胺类或羧酸类化合物被发现可以作为表面修饰剂,通过胺基或羧基基团与铜配位,在液相化学还原法中控制铜纳米晶的生长和形貌。但迄今为止,尚未有工作研究利用同时含胺基和羧基的化合物作为表面修饰剂的情况。基于此,本论文工作首次利用氨基酸这一同时含胺基和羧基的天然化合物,作为铜纳米材料合成的表面修饰剂,详细研究了铜纳米材料的液相化学还原法和所得铜纳米材料的性质。研究发现,氨基酸的化学结构决定了制备所得铜纳米材料的形貌。氨基酸侧链为烷基或含N基团时,可以获得铜纳米线。而其他类型氨基酸则只获得纳米粒子。另外,侧链基团体积大小也影响了铜纳米晶的形貌,体积大的倾向于生成纳米粒子。进一步的X射线光电子能谱研究发现,不同的氨基酸,在铜纳米材料表面有不同的配位方式。侧链为烷基或含羟基时,氨基酸通过自己胺基和羧基与铜配位,而且羧基是以单齿方式配位的。氨基酸侧链含有羧基时,两个羧基以双齿螯合方式同时与铜配位,但胺基不参与配位。氨基酸侧链含有另一胺基时,羧基以双齿螯合方式与铜配位,同时侧链的胺基与铜配位。这些研究发现,加深了对修饰剂分子与铜纳米晶表面原子之间相互作用(包括结合方式和结合强弱)的理解,具有理论价值。另外,研究还发现,氨基酸修饰的铜纳米材料具有非常优异的抗氧化性。而且,氨基酸的多官能度,特别是存在未配位的第三官能团,提高了铜纳米材料的溶液分散性能,也为进一步修饰铜纳米材料提供了可能的活性位点。以上研究表明,氨基酸是一类非常优秀的铜纳米材料修饰剂,不但容易实现铜纳米材料的形貌可控和多样化制备,而且极大改善了铜纳米材料的抗氧化和溶剂分散性能。更重要的是,氨基酸价格低廉,天然无毒,因此本论文工作所开发的铜纳米材料制备方法潜在着良好应用前景。
【图文】：

形貌,图片,表面修饰剂,液相化学

氢化钠(NaBH)、抗坏血酸等在液相中发生氧化还原反应，将 Cu2+离子还 Cu 原子，并生长为不同形貌的纳米 Cu。由于纳米级粒子的表面能高，极易团聚，为很好地控制其稳定性、分散性寸及形貌，通常需要加入表面修饰剂如聚合物、表面活性剂、胺类化合物以酸及其衍生物等对纳米铜的形貌进行调控[49]。.2.1.1 液相化学还原法制备铜纳米线Zeng 等[50]人在碱性溶液中以 Cu(NO3)2为铜的前驱体，N2H4·H2O 为还原剂二胺(C2H4(NH2)2)为表面修饰剂合成了半径 90～120nm、长度为 40～50μm长纳米线，，作者发现有 Cu(NO3)2、N2H4·H2O、C2H4(NH2)2的比例以及反应度都是影响铜纳米线形貌的因素，进而推动了水热法制备铜纳米线方面的。图 1.1 为 Zeng 等人制备的铜纳米线的扫描电子显微镜(SEM)和透射电子镜（TEM）图片。

谱图,图片,XRD谱,线制

作为还原剂，在水为溶剂的条件下室温搅拌过夜，然后在100℃温度下反应6 h，最终得到了平均直径仅为24+4 nm的铜纳米线，使铜纳米线的长径比上升了一个层次。图1.2为Xia等人制备的铜纳米线的X射线粉末衍射（XRD）谱图和SEM与TEM图片。图 1.2 铜纳米线的 XRD 谱图以及 SEM 和 TEM 图片[53]Yan等[54]人以CuCl2作为前驱体，PVP作为表面修饰剂，N2H4·H2O作为还原剂，在乙醇为溶剂80℃温度下，通过不断将前驱体和表面修饰剂混合液与还原剂同时抽入反应槽进行大量合成铜纳米线，并将合成的铜纳米线制备透明导电膜，为大量生产铜纳米材料提供了技术指导。图1.3为Yan等人使用的铜纳米线制备装置示意图。图 1.3 铜纳米线制备装置示意图[54]
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;O614.121

【参考文献】