微纳尺度下铜化合物的结晶形态研究

论文摘要

铜化合物微纳米材料是一类重要的功能材料,因具有许多特殊的性质和广阔的应用前景而倍受关注。本论文以六种铜化合物（氧化亚铜、碱式磷酸铜、碱式碳酸铜、碱式钼酸铜、硫氰酸亚铜和钼酸铜铵）为研究对象,探索溶液相化学合成复杂结构微纳米材料的新方法。对铜化合物微纳米材料生长机理和结晶形态进行深入研究,获得了一些对铜化合物微纳米材料生长规律的初步认识,在一定程度上实现了对六种铜化合物微纳米结构的控制合成。EDTA还原法制备氧化亚铜（Cu2O）微晶,其结晶形态展示了立方晶系中的五种枝晶生长方式。该合成体系中,EDTA具有鳌合作用、还原作用和选择性吸附作用。通过改变实验条件,可以对氧化亚铜结晶形态进行有效控制。采用水热法合成了六种结晶形态的碱式磷酸铜（Cu2（OH）PO4）。单晶、孪晶以及各种新颖的碱式磷酸铜复杂结构可以通过改变实验条件来控制合成。碱式磷酸铜晶体具有沿着c轴方向生长的趋势,并具有旋转孪晶生长的习性,这是能够形成不同结晶形态碱式磷酸铜的内因。水热条件下制备出新颖球形等级结构的碱式碳酸铜（Cu2（OH）2CO3）和毛刺状空心等级结构的碱式钼酸铜（Cu3（OH）2（MoO4）2）微晶材料。碱式碳酸铜球形等级结构是由大量平行于球表面的二维薄片构成,其形成过程是逐层生长机理,在一定范围内,球的直径随着反应时间的增加而逐渐增大。碱式钼酸铜空心等级结构的形成过程中,奥氏熟化起到关键作用。对碱式碳酸铜和碱式钼酸铜样品分别进行热处理,可以得到相应的氧化铜和钼酸铜等级结构材料。采用室温液相法在铜基片上制备出硫氰酸亚铜（β-CuSCN）阵列和钼酸铜铵（（NH4）2Cu（MoO4）2）纳米片,该方法利用铜片作为反应物和基底,使制备工艺大大简化。硫氰酸亚铜阵列中,每一个基元的结晶形态是倒立锥体,且均匀分部在铜片表面。硫氰酸亚铜晶体具有沿着c轴方向生长的习性,这是能够形成硫氰酸亚铜阵列的内因。钼酸铜铵纳米片近似垂直于铜片表面生长,片与片之间相互啮合形成纳米沟槽形态。该合成体系中,甲酰胺不仅促进了铜片氧化,而且选择性吸附在晶体表面改变了晶体生长的微观环境,从而影响了硫氰酸亚铜和钼酸铜铵的结晶形态。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微纳米材料结晶形态与等级结构形态
• 1.2.1 晶体结晶形态
• 1.2.2 等级结构形态简介
• 1.3 微纳米材料的合成及结晶形态控制方法
• 1.3.1 水热与溶剂热法
• 1.3.2 模板法
• 1.3.3 电化学法
• 1.3.4 超声化学和辐射化学法
• 1.4 铜化合物结晶形态的研究进展
• 1.4.1 水热及溶剂热法制备铜化合物的研究进展
• 1.4.2 铜基片上制备铜化合物的研究进展
• 1.5 本论文的研究内容和意义
• 参考文献
• 2 多种结晶形态铜化合物的制备
• 2.1 引言
• 2.2 五种枝晶生长方式的氧化亚铜
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.2 氧化亚铜晶体结构和XRD表征
• 2.2.3 五种枝晶生长方式
• 2.2.4 氧化亚铜微晶的结晶形态分析
• 2.2.5 氧化亚铜多种结晶形态的形成机理
• 2.3 六种结晶形态的碱式磷酸铜
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.2 碱式磷酸铜晶体结构和XRD表征
• 2.3.3 碱式磷酸铜单晶和孪晶SEM表征
• 2.3.4 复杂结晶形态的碱式磷酸铜SEM表征
• 2.4 小结
• 参考文献
• 3 球形等级结构铜化合物的制备
• 3.1 引言
• 3.2 等级结构的碱式碳酸铜
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.2 碱式碳酸铜晶体结构和XRD表征
• 3.2.3 碱式碳酸铜SEM和IR光谱表征
• 3.2.4 等级结构碱式碳酸铜形成机理
• 3.2.5 碱式碳酸铜的热分解特性
• 3.3 等级结构的碱式钼酸铜
• 3.3.1 实验部分
• 3.3.2 碱式钼酸铜晶体结构和XRD表征
• 3.3.3 碱式钼酸铜SEM和IR光谱表征
• 3.3.4 碱式钼酸铜空心结构形成机理
• 3.3.5 碱式钼酸铜热分解特性
• 3.4 小结
• 参考文献
• 4 室温液相法制备铜化合物
• 4.1 引言
• 4.2 硫氰酸亚铜阵列结构
• 4.2.1 实验部分
• 4.2.2 硫氰酸亚铜晶体结构和XRD表征
• 4.2.3 硫氰酸亚铜阵列结构SEM表征
• 4.2.4 硫氰酸亚铜阵列结构形成机理
• 4.2.5 硫氰酸亚铜紫外光谱表征及禁带宽度
• 4.3 钼酸铜铵纳米片
• 4.3.1 实验部分
• 4.3.2 钼酸铜铵XRD和TG表征
• 4.3.3 钼酸铜铵SEM表征
• 4.3.4 钼酸铜铵纳米片形成机理
• 4.4 小结
• 参考文献
• 结论
• 创新点摘要
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 作者简介