铜纳米结构的可控还原制备

论文摘要

金属纳米材料在催化、光学、电子学、生物学等众多方面有广阔的应用前景,因而受到广泛的关注。本文旨在探索和设计能够获得预期粒径及粒径分布的铜纳米粒子的液相化学合成方法,系统的考察反应参数对产物的影响,比较三种类型的保护剂的效果。在此基础上通过简单易行的方法获得了一些具有特殊结构和形貌的铜纳米粒子,对其形成机理进行了探讨。具体内容如下:采用CTAB作为保护剂,水合肼为还原剂,在室温下成功制得了10nm以下单分散的铜纳米粒子。实验发现温度对粒径大小及分布有显著影响,提高温度将增大粒子的尺寸,同时也加宽了粒径分布。借助红外光谱分析推测出CTAB分子是以双层形式吸附在铜纳米粒子表面,而不是以胶束形式保护铜粒子。在采用SDS作为保护剂时,获得了由10nm左右的小粒子组装成的球形聚集体。这种聚集体的形成与静电作用和位阻作用有关。通过加入氨水调节小粒子表面电量,可以控制聚集体的尺寸及其内部小粒子的密集程度。而在无外加氨水的情况下可得分散良好的单分散球形铜纳米粒子。同时,使用SDS可在较高前驱盐浓度下合成较小粒径的立方体铜纳米粒子。使用PVP作为保护剂,获得了具有中空结构的立方体形和球形铜纳米粒子。其形成是由水溶液中溶解氧的氧化反应与奥斯特瓦尔德老化共同作用的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 纳米材料的分类
• 1.2 纳米材料的基本性质
• 1.2.1 表面效应
• 1.2.2 量子尺寸效应（Kubo效应）
• 1.2.3 宏观量子隧道效应
• 1.2.4 小尺寸效应
• 1.2.5 库仑阻塞
• 1.2.6 介电限域效应
• 1.3 金属纳米材料的性能与性质
• 1.3.1 力学性能
• 1.3.2 热学性质
• 1.3.3 磁学性质
• 1.3.4 光学性质
• 1.3.5 电学性能
• 1.4 铜纳米材料的应用
• 1.4.1 催化
• 1.4.2 润滑油添加剂
• 1.4.3 导电材料
• 1.4.4 铜纳米块体材料
• 1.4.5 其他应用
• 1.4.5.1 航天领域的应用
• 1.4.5.2 纳米电子学
• 1.4.5.3 纳米医学和生物学
• 1.5 金属纳米粒子的制备方法
• 1.5.1 气相蒸发法（蒸发冷凝法）
• 1.5.2 溅射法
• 1.5.3 机械化学法
• 1.5.4 还原法辐射合成法
• 1.5.5 电解沉积法
• 1.5.6 液相还原法
• 1.5.7 多醇还原法
• 1.5.8 微乳液法
• 1.5.9 晶核生长法
• 1.6 纳米材料的表征手段
• 1.6.1 透射电子显微镜（TEM）
• 1.6.2 扫面电子显微镜（SEM）
• 1.6.3 X射线衍射（XRD）
• 1.6.4 X射线光电子能谱（XPS）
• 1.6.5 紫外可见吸收光谱（UV-Vis）
• 参考文献
• 第二章 以阳离子表面活性剂为保护剂合成铜纳米结构
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 药品试剂
• 2.1.2 铜纳米粒子的制备
• 2.1.2.1 实验方案一
• 2.1.2.2 实验方案二
• 2.1.3 表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 XRD分析
• 2.2.2 形貌分析
• 2.2.3 吸收光谱
• 2.2.4 红外光谱分析
• 2.2.5 成核与生长过程
• 2.3 本章小结
• 参考文献
• 第三章 以阴离子表面活性剂为保护剂合成的球形聚集体和立方体铜纳米粒子
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂
• 3.1.2 球形聚集体的合成
• 3.1.3 立方体铜纳米粒子的合成
• 3.1.4 单分散球形铜纳米粒子的合成
• 3.1.4 表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 X射线能谱分析
• 3.2.2 形貌分析
• 3.2.3 红外光谱分析
• 3.2.4 球状聚集体的形成机理
• 3.2.4.1 静电诱导
• 3.2.4.2 氨水的作用
• 3.2.5 立方体铜纳米的形成机理
• 3.2.6 吸收光谱
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 第四章 大分子保护的铜纳米结构的合成
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 试剂
• 4.1.2 立方体铜纳米粒子的合成
• 4.1.3 多孔球形铜纳米粒子的合成
• 4.1.4 表征
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 X射线能谱分析
• 4.2.2 形貌结构及其影响因素
• 4.2.2.1 反应物浓度的影响
• 4.2.2.2 温度的影响
• 4.2.3 铜纳米立方体及笼形结构的生长机理
• 4.2.3.1 形状控制机理
• 4.2.3.2 内部空化机理
• 4.2.3.3 粒子粒径的决定因素
• 4.2.4 吸收光谱
• 4.2.5 PVP分子对铜纳米粒子的吸附方式
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢