氢氧化铜纳米线的制备与表征

氢氧化铜纳米线的制备与表征
崔萌;陈利猛;张国庆;李文渌;王欣桐
【摘要】利用化学共沉淀的方法,结合超声分散技术,利用CuSO4·5H2O和氨水为原料,成功制备出了Cu(OH)2纳米线.并且分别用TEM、XRD、IR等测试分析技术对制备得到的纳米线进行了测试表征.测试结果表明,用该种方法制得的Cu(OH)2纳米线长径比可达到400左右,且纳米线相互交联成三维网状结构,具有较好的结晶性能.
【期刊名称】《吉林化工学院学报》
【年(卷),期】2016(033)007
【总页数】4页(P62-65)
【关键词】氢氧化铜;纳米线;透射电镜;XRD
【作者】崔萌;陈利猛;张国庆;李文渌;王欣桐
【作者单位】吉林化工学院材料科学与工程学院,吉林吉林132011;吉林化工学院材料科学与工程学院,吉林吉林132011;吉林化工学院材料科学与工程学院,吉林吉林132011;吉林化工学院材料科学与工程学院,吉林吉林132011;吉林化工学院材料科学与工程学院,吉林吉林132011
【正文语种】中文
【中图分类】TQ000
纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1～100 nm)或由它们作为基本单位构成的材料，纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观
量子隧道效应等特性.近年来，以铜为核心的纳米材料(Cu(OH)2，CuO，Cu2O 等)，因其特殊的物理和化学性质而在光电设备、催化剂和超导材料等方面广泛应
用[1-3].其中，Cu(OH)2是一种重要的层状材料，广泛应用于能量储存、传感器、催化等方面[4-6].由于纳米Cu(OH)2的表面效应和小尺寸效应使其具有更高的表
面活性和触杀性，因此纳米氢氧化铜的杀菌效果也远远高于传统的波尔多液，已在农药和医药方面广泛应用[7].此外，Cu(OH)2还是制备铜氧化物纳米材料的一种重要前驱物，通过适当热处理可以得到CuO、Cu2O等应用更广泛的功能材料.因此，对Cu(OH)2纳米材料的研究得到人们越来越多的关注.
本文采用一种较为新颖且简单易行的化学沉淀的方法成功的制备出Cu(OH)2纳米线，得到的纳米线具有较为合适的长径比，且沉积成三维网状结构，具有优异的结晶性能，可以被作为复合材料的成分之一而被使用.
CuSO4·5H2O，NaOH，氨水，以上试剂均为分析纯；
蒸馏水为工业型试剂.
恒温磁力搅拌器：78-1型；离心机：80-2型；超声波震荡器：PS-20型；电热恒温干燥箱：202-00型；透射电镜：JEM-1200EX(120KV) ；X射线衍射仪：DX-2700；电子天平：JA2003P；药匙、烧杯、玻璃棒等.
(1) 1.0.998 g纯CuSO4·5H2O加入在20 mL蒸馏水中，搅拌15 min；
(2) 加入一定量一定浓度的氨水，放置15 min
(3) 加入一定量一定浓度的氢氧化钠溶液，放置15 min
(4) 洗涤、过滤、烘干、收集样品
各组所加NaOH与NH4OH溶液的量及浓度如表1所示.
图1是用上述实验方法得到的四组Cu(OH)2纳米材料的TEM图片.由图1可知，当利用浓度为2.5M的NaOH溶液2.88 mL作为原料时，得到的Cu(OH)2纳米
材料的粒径可以达到5 nm左右、长度可以达到600～1 000 nm左右，长径比在
120～200的范围内，可以被称为纳米线状材料.并且由图中可以看出，所得到的Cu(OH)2纳米线相聚交叉重叠，但并不凌乱缠结，适当沉积成空间的三维网状结构，说明用该种方法得到的Cu(OH)2纳米线粒径均一、分散性良好、避免了纳米材料由于自身的表面能高而极易团聚的现象.但当利用浓度为1.5M、2.0M或
1.2M的NaOH溶液作为原料合成的纳米材料长径比数值比较小，成为纳米针状材料，且存在少量的团聚现象，因此可以判断，为了得到长径比数值适中、团聚现象较少且可以交联成为三维网状结构的Cu(OH)2纳米线，选用浓度为0.15M的NH4OH溶液30 mL、浓度为
2.5M的NaOH溶液2.88 mL为较好的实验条件. 将制得Cu(OH)2纳米线进行X射线衍射分析，所得的结果如图2所示.
图2显示有明显的晶体衍射峰出现，如34.5、35.5和38.7分别是Cu(OH)2在002、111和130晶面的衍射峰，与JCPDS(13-0420)标准的XRD 数据相符，衍射峰宽化是由纳米材料粒径细小所致.利用Scheer公式[8]计算试样的晶粒大小平均为26 nm.比较图2中四组样品的XRD图谱可以发现，当利用浓度为2.5M的NaOH溶液2.88 mL作为原料时，得到的Cu(OH)2纳米材料的X射线衍射光谱中的峰比较尖锐、杂峰较少，说明选择该原料合成的Cu(OH)2纳米线结晶性能较好、内部存在短程有序结构所含杂质较少，而其他三组原料合成的样品的X射线衍射图谱中出现了一些杂峰，说明内部存在一定的杂质，并且峰明显宽化，内部结晶性能明显低于利用浓度为2.5M的NaOH溶液2.88 mL作为原料合成的
Cu(OH)2纳米线.
综合以上TEM和XRD的数据分析，选用浓度为2.5M的NaOH溶液2.88 mL、浓度为0.15M的NH4OH溶液30 mL作为原料合成的Cu(OH)2纳米线形貌和结晶性能最为优异，该配方可以作为合成Cu(OH)2纳米线的最佳实验条件.因此将选用该实验方案得到的产品进行红外吸收光谱的测试，以分析得到产物的微观结构. 图3是上述实验方法得到的Cu(OH)2纳米线的红外谱图.从图中可以看出在3 400
cm-1附近和1 400～1 600 cm-1附近分别可以看到比较明显的OH的伸缩振动
吸收峰和弯曲振动吸收峰，在530 cm-1附近出现了比较明显的Cu-O键的吸收峰，与标准谱图相比，所得粉体的红外吸收峰明显宽化，红外的吸收光谱研究表明，随着晶粒尺寸的减小，常使一些振动精细结构消失，红外吸收峰趋于宽化，这是因为随着粒径减小，纳米晶体的比表面积增大，表面原子所占比例增大，由于界面原子与内层原子的差异导致了红外吸收峰的宽化[9].与大块材料相比，纳米微粒的吸
收带普遍存在蓝移现象.这样，通过上图中的各特征吸收峰与Cu(OH)2的红外吸收峰标准谱图进行对比发现，实验中所得到的样品确实是纳米级别的Cu(OH)2粉体. 通过化学沉淀的方法合成了线状的纳米氢氧化铜，制备过程污染少，损耗少，便于工业化生产.对试样进行了形貌、结构及结晶性能的研究，测试结果表明，当利用
浓度为2.5M的NaOH溶液2.88 mL、浓度为0.15M的NH4OH溶液30 mL作
为原料合成的Cu(OH)2纳米线时，得到的产物形貌和结晶性能最为优异，该配方可以作为合成Cu(OH)2纳米线的最佳实验条件.本工艺制备的棒状纳米氢氧化铜试样的物化性能较为优越.产品具有长径比大于100的现状结构，线状结构交联沉积
成三维网状结构，且该化合物具有较好的结晶性能.氢氧化铜纳米线的开发和研制，具有良好的社会效应和经济效益.。