CuO纳米晶的简易获得方法

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CuO纳米材料的可控合成初

CuO纳米材料的可控合成初

CuO纳米材料的可控合成作者:刘欢指导教师:刘小娣摘要:纳米CuO 由于具有独特的电、磁和催化等特性, 受到了广泛关注。

本文综述了近年来纳米CuO 的制备方法及应用技术进展, 具体介绍了纳米CuO 的液相法、固相法和气相法制备技术; 同时, 还研究了纳米CuO 在不同领域的性质和应用;展望了今后的研究方向和前景。

关键词:纳米CuO;制备;性质;应用0 引言铜是与人类关系非常密切的有色金属,其氧化物——CuO有着广泛的应用,除作为制铜盐的原料外,它还广泛应用于其他领域:如在催化领域,它对高氯酸铵的分解,一氧化碳、乙醇、乙酸乙酯以及甲苯的完全氧化都具有较高的催化活性;在传感器方面,用CuO作传感器的包覆膜,能够大大提高传感器对CO的选择性和灵敏度;近年来,由于含铜氧化物在高温超导领域的异常特性,使CuO又成为重要的模型化合物,用于解释复杂氧化物的光谱特征。

纳米CuO因具有表面效应、量子尺寸效应和久保效应使其在电、磁、催化等领域表现出不寻常的特性。

如表面效应使其催化活性大大增强,量子尺寸效应使纳米CuO的红外光谱宽化、蓝移和分裂。

因此,纳米CuO的制备和应用研究近年受到广泛关注。

1纳米CuO 的制备方法纳米材料的制备方法根据物料状态可分为:固相法、气相法和液相法。

目前纳米CuO的制备方法已开发的主要有固相法和液相法,其中对液相法研究得较多。

1.1固相法1.1.1室温固相反应法固相反应法是指将金属盐或金属氧化物按照一定比例充分混合研磨后进行煅烧,直接制得纳米CuO粉体的方法。

洪伟良等[1]以醋酸铜和草酸为原料,采用低温固相配位化学反应法先合成出了前驱配合物草酸铜,再将前驱物高温热分解,得到粒径为20~30nm的纳米氧化铜粉体,但团聚较严重。

李东升等[2]以硝酸铜和碳酸氢铵为原料,利用室温固相反应制备出纳米级碱式碳酸铜粉体,经230℃焙烧后制得平均粒径为28nm的氧化铜纳米球,该产品大小均匀,但是纯度不高。

微乳液法制备纳米CuO颗粒

微乳液法制备纳米CuO颗粒
料, 电子和 催 化 剂 领 域 . 由于 具 有 高 的 热 转 化
N H 3 ・ H 2 O水溶 液 ( s 2 )添加 到 由 5 g T r i t o n X一 1 0 0和 正 己醇/ 戊醇 ( 1:1 ) 及5 g环 己烷组 成 的 混合 物 中; 然 后将 形 成 的透 明含 C u C 1 微 乳液
半导体和金属催化剂等领域得到应用. 值得注意 的是 , 纳米颗 粒在 应用 中 , 其尺 寸大 小及其 分 布受 到严 格 限制 . 目前 大量 的研 究 集 中于精 确 控 制 纳
米 颗粒 的尺 寸 和分布 .
过 渡金 属 氧 化 物 的是 一 种 比较 重 要 的 半 导
体, 主要应用于高密度磁记录材料 , 太 阳能 电池材
( ME 1 ) 缓 慢 添 加 到 另 一含 N H,・H : 0 微 乳 液 ( ME 2 ) 体 系 中去 . 将混合 物 搅拌 3 0 m i n , 室温 陈化 2 4 h , 混合 溶液 逐渐 变成 淡绿 色 , 表 明形 成 胶体 颗
粒; 此 时 进行 离 心 处 理 , 得 到细 小 颗粒 , 乙 醇 和蒸
文献标识码 : A
0 引 言
在 过去 的近 5 0年 里 , 纳米颗 粒 的合成 得 到广 泛关 注 . 相较 于传 统块 体材 料 , 纳米 材料具 有优 异
的力学 、 电学 、 磁 学 和光学 性能 , 纳米 颗粒 在 陶瓷 ,
1 实 验
1 。 1 材料
实验 药 品 : 氯 化铜 ( C u C 1 :・ 2 H 0) ,氨 水 ( N H 3・H O) ,T r i t o n X 一1 0 0( 辛 基 酚 聚 氧 乙烯 醚) , 正 己醇 戊 醇 ,环 己烷 . 所 有 药 品 为 分 析 纯 ( A R ) , 无须 进一 步 纯化 . 1 . 2 氧化铜 颗 粒制 备 1 . 0 g 0 . 2 M C u C 1 : 水 溶液 ( S 1 )或 1 . 0 g 0 . 1 M

纳米CuO制备与应用技术进展

纳米CuO制备与应用技术进展

纳米材料与结构Nanomater ial&Structure纳米CuO制备与应用技术进展罗明凤,李丽霞,杨 毅(南京理工大学化工学院,南京 210094)摘要:纳米CuO由于具有独特的电、磁和催化等特性,受到了广泛关注。

表面的高活性与电子的不饱和性,使得它极易团聚,限制了其应用。

综述了近年来纳米CuO的制备方法及应用技术进展,具体介绍了纳米CuO的液相法、固相法和气相法制备技术;同时,还介绍了纳米CuO在催化反应、常温脱硫、抗杀菌和气敏湿敏传感器领域的应用,以及在含能材料中的催化燃烧、能量释放等方面的应用;最后,分析认为可控制备技术和均匀分散技术、性能稳定问题等,仍然是纳米CuO以后研究的重点,认为纳米复合设计技术有望成为解决上述问题的重要手段。

关键词:纳米氧化铜;催化作用;传感器;抗菌作用;分散性中图分类号:TB383;TN304 21 文献标识码:A 文章编号:1671-4776(2010)05-0297-07Progress on the Preparation and Application of Nano-CuOLuo M ingfeng,Li Lix ia,Yang Yi(S chool of Chemical engineer ing,N anj ing Univer sity of Science and T echnology,N anj ing210094,China)Abstract:Nano-CuO has attracted considerable interest in many fields because o f the unique character istics on electricity,magnetism and catalysis.H owever,the high congregation tendency, resulted fr om the characteristics of high surface activity and instaur ation,lim its the application of nano-CuO.T he preparation methods and applications techno logies o f nano-CuO during the past few y ears are r ev iew ed.M any preparation techno logies fo r nano-CuO,such as liquid phase method,solid phase metho d and gas phase method,ar e introduced specifically.M any impo rtant application fields of nano-CuO on cataly sis,desulfidation,antibacterial action,as w ell as g as and wet sensors are mentioned.T he catalytic co mbustion and ener gy release o f nano-CuO on hig h energ etic materials ar e also intr oduced.Finally,some problems on the preparation and application of nano-CuO are analy zed and pr ospected.To improv e the pro perties o f nano-CuO and enlarg e its application fields,m any techno logies should be focused in the future,such as controllable preparatio n technolo gies,stable cataly sis and dispersibility technolog ies.N anom a-terials desig n and co mposite technolog y co uld be a potential metho d to reso lve the mentioned pro blems.Key words:nano-CuO;catalysis;sensor;antibacterial action;disper sibilityDOI:10.3969/j.issn.1671-4776.2010.05.007 PACC:6146收稿日期:2010-02-03基金项目:国家自然科学基金资助项目(50306008,50876046)通信作者:杨毅,E-mail:yyi301@0 引 言纳米粉体材料是指粒径为1~100nm的超细粒子材料,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常规大尺度粒子不具备的特性[1]。

微波法制备纳米氧化铜

微波法制备纳米氧化铜

微波法制备纳米氧化铜摘要通过微波法,以醋酸铜和氢氧化钠为起始原料,乙醇为分散剂,成功的制取了平均粒径大约为4 nm的纳米氧化铜颗粒。

制备好的纳米氧化铜用XRD,透射电子显微镜,紫外可见吸收光谱等表征。

制备的纳米氧化铜颗粒有很规则的形貌,窄的粒径分布和很高的纯度。

根据光学测定的结果,纳米氧化铜电子带隙为2.43 eV。

1.引言纳米半导体晶体粒子因为与块状物质相比具有特殊的性质,如比表面积大,高活性,特殊的电学性质和独一无二的光学性质,所以在近些年引起了广泛的兴趣。

过渡金属氧化物是一类非常重要的半导体,它被应用于磁存储器材料,太阳能转化,电极和催化剂等方面。

过渡金属氧化物中,氧化铜因为高的Tc而受到更高的关注。

氧化铜是一种具有窄的电子带隙,可用于光导和光热的半导体材料。

然而,与其他的过渡金属如氧化锌,氧化锡,氧化钛,氧化铁相比,关于纳米氧化铜的制备和特性研究的报道还是很少。

最近报道了一些关于纳米氧化铜的制备方法,如超声合成法,溶液凝胶法,固相一步合成法,电化学法,热分解法,金属和氧气反应法等等。

微波的电磁波由电场和磁场组成。

我们都知道微波导致电介质热,电介质材料,液体和固体相互作用。

微波辐射的影响包括热效应和非热效应。

微波辐射法作为一种反应快,操作简单,高效的加热方法,广泛的用于各种领域中如分子筛的制备,放射性药物的合成,无机化合物,有机反应,等离子体化学,分析化学和催化剂。

最近几年,有关于微波辐射法合成纳米粒子的报道。

微波辐射由于独特的反应特性如热容的增加导致反应速率的增加,因而很快的应用于材料科学方面。

与传统方法相比,微波辐射法具有反应时间短,可制备出小粒径物质,窄的粒径分布和高纯度的特点。

在这篇论文中,报道了使用微波法制备单斜晶体纳米氧化铜颗粒。

发现这是一个快速,简洁,高效和环保一步合成纳米氧化铜的方法。

产物是形貌规则,窄的粒径分布和很高的纯度的小颗粒。

2.实验部分2.1原料Cu(CH3COO)2 ,NaOH,乙醇,聚乙二醇—19000均为分析纯,使用前都不需要进行二次提纯,实验用去离子水。

氧化铜纳米粒子

氧化铜纳米粒子

氧化铜纳米粒子一、引言氧化铜(CuO)是一种重要的半导体材料,具有广泛的应用前景。

近年来,随着纳米技术的发展,氧化铜纳米粒子逐渐成为研究热点。

本文将从氧化铜纳米粒子的制备方法、表征手段以及其在催化、光催化、电催化等领域中的应用进行综述。

二、制备方法1. 水热法水热法是一种简单易行且成本低廉的方法,通过控制反应条件可以得到不同形态和大小的氧化铜纳米粒子。

通常情况下,将CuCl2和NaOH混合后加入到水中,在加热条件下反应生成氧化铜纳米粒子。

2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是另一种制备氧化铜纳米粒子的方法,其主要原理是通过控制溶胶和凝胶过程中的条件来调节粒子形态和大小。

通常情况下,将Cu(NO3)2和NaOH混合后搅拌,在加入尿素后进行水解反应得到溶胶体系。

然后将溶胶体系在高温条件下进行凝胶反应,得到氧化铜纳米粒子。

3. 热分解法热分解法是一种将有机物转化为无机物的方法,通常使用Cu(CH3COO)2作为前体,在高温条件下分解产生氧化铜纳米粒子。

该方法制备的氧化铜纳米粒子具有较高的晶格度和比表面积。

三、表征手段1. 透射电镜(TEM)透射电镜是一种常用的表征氧化铜纳米粒子形态和大小的手段。

通过TEM可以观察到单个氧化铜纳米粒子的形态和大小,并且可以测量其晶格间距。

2. X射线衍射(XRD)X射线衍射是一种常用的表征氧化铜纳米粒子晶体结构的手段。

通过XRD可以确定样品中晶体结构和相对含量,从而判断制备出来的氧化铜纳米粒子是否具有良好的结晶性。

3. 红外光谱(FT-IR)红外光谱是一种常用的表征氧化铜纳米粒子表面官能团和杂质的手段。

通过FT-IR可以分析样品中的官能团类型和含量,从而判断制备出来的氧化铜纳米粒子表面是否有官能团修饰。

四、应用领域1. 催化氧化铜纳米粒子在催化领域中具有广泛的应用前景。

研究表明,氧化铜纳米粒子可以作为催化剂被用于苯乙烯氧化反应、CO氧化反应等反应中。

此外,氧化铜纳米粒子还可以与其他金属纳米粒子组成复合催化剂,在催化反应中发挥协同效应。

氧化铜纳米材料的制备和表征

氧化铜纳米材料的制备和表征

氧化铜纳米材料的制备和表征一、实验目的1.了解纳米材料的结构和特性,熟悉纳米CuO的性能和应用2.掌握回流法和化学浴法制备CuO纳米晶。

3.了解X-衍射分析仪器的构造,学会用Scherrer公式计算纳米晶的粒径。

二、实验原理1.纳米材料的结构和特性纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料,它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。

由于其组成单元的尺度小,界面占用相当大的成分,这就导致由纳米微粒构成的体系出现了不同于通常的大块宏观材料体系的许多特殊性质,如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应等。

量子尺寸效应:当粒子尺寸下降到某一值时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级,能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。

小尺寸效应:当物质的体积减小时,将会出现两种情形:一种是物质本身的性质不发生变化,而只有那些与体积密切相关的性质发生变化,如半导体电子自由程变小,磁体的磁区变小等;另一种是物质本身的性质也发生了变化,当纳米材料的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,周期性的边界条件将被破坏,材料的磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化活性及熔点等与普通晶粒相比都有很大的变化,这就是纳米材料的体积效应,亦即小尺寸效应。

表面效应:表面效应是指纳米晶粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。

随着纳米晶粒的减小,表面积急剧増大,表面原子百分数迅速增加。

由于表面原子所处的环境与内部原子不同,它们周围缺少相邻的原子,存在许多悬空键,具有不饱和性,易与其它原子相结合而稳定下来,所以,晶粒尺寸的减少,其表面积、表面能及表面结合能都迅速増大,致使它表现出很高的化学活性,极不稳定,例如金属的纳米粒子在空气中会燃烧。

宏观量子隧道效应:微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。

一种形貌可控的CuO纳米晶的制备方法[发明专利]

一种形貌可控的CuO纳米晶的制备方法[发明专利]

专利名称:一种形貌可控的CuO纳米晶的制备方法专利类型:发明专利
发明人:陈伟,徐杨正,陈艳,贺彩虹,鲁少杰,黄少铭申请号:CN201711163996.8
申请日:20171121
公开号:CN107758724A
公开日:
20180306
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明提供了一种形貌可控的CuO纳米晶体的制备方法,包括用铜盐、表面活性剂和水配制铜源溶液;将碱溶液加入到所述铜源溶液中,形成第一反应混合物;向第一反应混合物中加入有机小分子,形成第二反应混合物;向第二反应混合物中加入还原剂溶液,进行还原反应,形成CuO纳米晶体。

本发明通过控制有机小分子的量一步合成各种形貌的CuO纳米晶,使其具有形貌不同,大小均匀等特点。

有机小分子的种类繁多,因此本发明拓展了对CuO研究与应用的空间。

申请人:温州大学
地址:325000 浙江省温州市鹿城区学院中路276号
国籍:CN
代理机构:北京市天玺沐泽专利代理事务所(普通合伙)
代理人:谢鑫
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纳米晶制备方法

纳米晶制备方法

纳米晶制备方法纳米晶是一类具有特殊物理和化学性质的纳米材料,在多个领域具有广泛应用。

而纳米晶的制备方法也是研究热点之一。

本文将介绍几种常见的纳米晶制备方法。

1. 氧化物还原法氧化物还原法是制备纳米晶的一种重要方法。

该方法利用氧化物在还原剂作用下被还原成纳米晶的特点,通过控制反应条件(如温度、反应时间、溶液pH值等)来控制其尺寸和形貌。

该方法可以制备不同种类的纳米晶,如金属氧化物、碳化物、氮化物等。

2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是利用固体凝胶的形成过程来制备纳米晶的一种方法。

常见的溶剂包括水、甲醇和乙醇等。

该方法的过程可以分为溶胶制备、凝胶形成和热处理三个步骤。

通过控制不同的参数,例如溶胶浓度、温度、反应时间等,能够控制纳米晶的大小和形状。

3. 气相法气相法是在高温高压的条件下使用一定的气体混合物来制备纳米晶的一种方法。

气相法的原理是将金属或化合物在氢气或惰性气体气氛中还原成纳米晶。

该方法可以制备多种材料的纳米晶,如二氧化钛、碳纳米管等。

4. 光化学法光化学法是利用光化学反应来制备纳米晶的一种方法。

常见的是利用紫外线和可见光的照射,通过对溶液中的分子进行激发来实现化学反应。

该方法可以制备多种形状的纳米晶,如量子点、纳米线等。

5. 电沉积法电沉积法是利用电化学反应来制备纳米晶的一种方法。

该方法利用电流作用于电解质溶液中的金属离子,使其还原成纳米晶。

该方法可以制备多种金属纳米晶。

综上所述,纳米晶的制备方法多样,每种方法都有其特定的应用领域和制备优点。

随着科学技术的不断发展,纳米晶制备方法也将不断更新和完善。

室温固相法纳米氧化铜的制备方法

室温固相法纳米氧化铜的制备方法

室温固相法纳米氧化铜的制备方法室温固相法是一种常用的制备纳米氧化铜的方法,其原理是通过化学反应在室温下将金属铜转化为氧化铜纳米颗粒。

本文将详细介绍室温固相法制备纳米氧化铜的步骤和相关实验条件。

制备纳米氧化铜的基本原理是将金属铜与氧气在室温下进行氧化反应。

室温固相法是一种简单且易于操作的方法,它不需要高温条件,因此可以避免高温对纳米颗粒的影响。

在室温固相法中,通常首先准备金属铜粉末作为起始材料。

金属铜粉末的粒径通常在几微米到几十微米之间,可以通过机械球磨等方法制备得到。

接下来,将金属铜粉末放置在容器中,并与氧气气氛接触。

可以使用气氛控制设备,如氮气气氛下进行实验,以确保反应过程中没有氧气的泄漏。

在室温下,金属铜粉末和氧气发生氧化反应,生成氧化铜纳米颗粒。

这个过程可以通过观察反应容器中的颜色变化来判断反应的进行情况。

通常,金属铜的颜色是红色的,而氧化铜的颜色是黑色的。

为了提高反应效率和纳米颗粒的质量,可以在反应过程中加入一些助剂。

例如,可以添加一些表面活性剂或催化剂,以促进反应的进行。

在反应完成后,将反应产物进行分离和纯化。

通常,可以使用离心机将纳米颗粒与未反应的金属铜分离。

随后,可以使用溶剂或其他方法进行纯化和去除杂质。

通过物理或化学方法对纳米氧化铜进行表征。

可以使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等技术来观察纳米颗粒的形貌和晶体结构。

总结起来,室温固相法是一种简单且有效的制备纳米氧化铜的方法。

通过控制反应条件和添加适当的助剂,可以得到具有良好形貌和结晶性质的纳米氧化铜颗粒。

该方法不仅适用于实验室规模的制备,也可以扩大到工业生产中。

室温固相法的优点在于操作简单、反应条件温和,并且可以获得高质量的纳米氧化铜产品。

纳米CuO的制备与表征

纳米CuO的制备与表征

纳米CuO的制备与表征作者:江鑫梅卢山帅程春艳刘鑫悦杨志广来源:《科教导刊·电子版》2018年第26期摘要本文以一水合乙酸铜和六亚甲基四胺作为反应物,采用溶剂热法制备出了纳米CuO 材料,并用X射线衍射、红外光谱、扫描电子显微镜等分析手段对产物的结构及形貌进行了表征。

结果表明:采用溶剂热法合成了结晶度和纯度较高的单斜晶系纳米CuO。

同时,我们又对纳米CuO材料的未来发展趋势进行了简要分析。

关键词纳米CuO 制备表征纳米材料被誉为本世纪最有前途的新型材料,因具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应等常规材料不具有的纳米效应,使其表现出奇特的光、电、磁、热、力等独特性能,在诸多领域得到了广泛应用。

纳米CuO是一类重要的过度金属p型半导体材料,禁带宽度相对较窄(约1.2 eV),相对于普通CuO,它具有特殊的电学、光学、催化等许多不寻常的特性,在催化、传感器、抗菌、锂离子电池等许多领域都发挥着重要的作用。

目前纳米CuO制备方法主要包括气相法、液相法和固相法。

气相法是将前驱体在气体状态下发生化学或者物理变化使气相粒子成核、晶核长大、凝聚等长大形成一系列纳米粒子的过程,但使用设备昂贵、操作复杂等不利因素,使其应用受到限制。

固相法是把原料按一定的配比相互混合,研磨后经高温煅烧使原料之间发生固相反应直接得到纳米粉体,但存在容易引入杂质、纯度低、易团聚等缺点。

而液相法所需实验设备简单、工艺简单、操作方便、合成温度低以及材料组成均匀、纯度高等优点,是目前实验室和工业上广泛采用的制备纳米材料的方法,主要包括沉淀法、溶胶-凝胶法、水热/溶剂热法、微乳液法等。

本文采用溶剂热法制备了结晶度较高的单斜晶系纳米CuO,并简要分析了纳米CuO的未来发展趋势。

1实验部分1.1主要仪器与试剂仪器:85-2磁力搅拌器(巩义市予华仪器有限责任公司),DHJ-9070A型电热恒温干燥箱(杭州汇尔仪器设备有限公司),SC-04型低速离心机(安徽中科中佳科学仪器有限公司),XY-1400型鑫宇牌高温箱式电阻炉(南阳市鑫宇电热元器件制品有限公司)。

纳米Cu2O的制备方法及性能研究进展

纳米Cu2O的制备方法及性能研究进展

纳米OCu2的制备方法及性能研究进展严凤宝材料工程101 205100134摘要:纳米氧化亚铜是一种新型的p型半导体材料,具有独特的光、磁学特性,在诸多领域有着广泛的应用。

本文综述了纳米Cu2O的研究进展,重点介绍了纳米Cu2O 的制备方法、性能和应用,并简要阐明了纳米Cu2O的发展趋势。

关键字:纳米Cu2O;制备方法;应用;研究进展1前言纳米材料已在物理、化学、医药学、航空航天等诸多领域表现出良好的应用前[12]景,纳米氧化亚铜(Cu2O)粒径介于1~100nm,禁带宽度较窄(约为2.0eV),制备成本很低,作为一种金属缺位p型半导体材]32[,料,纳米级氧化亚铜具有特殊的光学、氢等方面有十磁学、电学及光电化学性质,在太阳能电池、传感器、超导体、制]4[分广泛的应用甚至有专家预言纳米氧化亚铜可以在环境中处理有机污染物,因此研究制备纳米氧化亚铜的方法就成为当前的研究热点之]5[一。

近年来,很多工作致力于控制合成Cu2O微米和纳米晶体结构。

其合成方法报道多样,且纳米微晶形貌因制备方法和条件不同而异。

目前主要的合成方法有辐射法、等。

固相法、电化学方法]6[本文对纳米氧化亚铜合成方法进行综述,同时对各方法的特点和应用情况进行分析阐述,以期对相关研究人员提供参考。

2纳米Cu2O的制备方法2.1辐射法辐射法是制造纳米Cu2O的一种重要的方法,主要包括γ射线辐射法、超声波辐射法、红外辐射法。

其反应机理各有不同。

2.1.1γ射线辐射法微乳液是制备尺寸可控纳米材料的一种重要微型反应器,在纳米粒子形成前先要在体系中形成微乳液。

用γ射线辐照含有2Cu+的微乳液能够将其还原成Cu2O纳米粒子。

通过γ辐射,微乳液中的油相辐解产生大量的电子,2Cu+首先被电子还原成+Cu再经过水解得到Cu2O]8,7[。

Cu,+2.1.2超声波辐射法超声波化学效应源于超声所产生的空化气泡和溶剂界面发生的声致发光现象。

一方面溶剂水在高强度超声作用下裂解成氢和氧氢根自由基,另一方面超声空化作用在溶液中产生强烈的冲击波和高速的微射流,可将不溶于水的大颗粒粉碎为小颗粒,同时粒子的表面形貌、组成以及反应活性均发生显著变化。

氧化铜纳米晶的制备方法及晶格缺陷对其光学性质的影响

氧化铜纳米晶的制备方法及晶格缺陷对其光学性质的影响

氧化铜纳米晶的制备方法及晶格缺陷对其光学性质的影响氧化铜纳米晶是一种具有重要应用前景的纳米材料,具有优异的光学性质和电学性质,广泛用于太阳能电池、光电催化和传感器等领域。

为了得到高质量的氧化铜纳米晶,研究人员不断尝试各种制备方法,并发现晶格缺陷对其光学性质具有显著影响。

本文将介绍一些常见的氧化铜纳米晶制备方法,并探讨晶格缺陷对其光学性质的影响。

一、溶剂热法溶剂热法是一种简单易行、可控性和重复性较好的氧化铜纳米晶制备方法。

一般采用有机物作为溶剂,在高温下将铜盐和氧化剂混合反应产生氧化铜纳米晶。

该方法的优点在于制备过程简单,可以得到均匀的纳米晶,但其缺点在于需要较高的反应温度和热量,同时溶剂经常污染产生有害物质。

二、共沉淀法共沉淀法是一种将铜盐和氢氧化物一同加入反应体系,通过水解反应产生氧化铜纳米晶的方法。

这种方法易于批量生产,但其结果往往不能得到良好的晶体性,纳米晶的分散效果可能较差,从而影响了其光电性质。

三、电化学法电化学法是一种利用电流作为外部驱动力产生氧化铜纳米晶的方法。

电化学氧化铜纳米晶制备过程中可以控制反应速率、温度和其他条件。

该方法产生的氧化铜纳米晶具有优异的晶体结构性、形态性和光学性质,同时重复性和控制性也比较高。

四、协同生长法协同生长法是一种通过创造适合生长的环境控制晶体大小、形态、分散和结构的方法。

通过在溶液中添加某些表面活性剂、配体或其他离子来形成复合体系,通过官能化物的共生产生纳米晶。

该方法可以通过不同方式来控制氧化铜纳米晶的生长,如控制反应速率、添加剂量、溶液pH等方式。

晶格缺陷对氧化铜纳米晶的光学性质具有重大影响。

晶格缺陷会影响电导率的变化、捕捉光电子的能力、红外及可见光谱的特性以及荧光(光变色)等效应等。

特别是能隙的大小直接决定了纳米晶的导电性和光电性能。

结论总之,氧化铜纳米晶是一种优秀的纳米材料,其制备方法多种多样,具有不同的特点和应用前景。

对氧化铜纳米晶的晶格缺陷的了解对于控制其光学性质具有重要意义。

一种基于超声处理技术的纳米氧化铜制备方法

一种基于超声处理技术的纳米氧化铜制备方法

一种基于超声处理技术的纳米氧化铜制备方法在纳米材料的制备中,氧化铜(CuO)具有广泛的应用潜力。

然而,传统的制备方法往往受限于工艺复杂、成本高昂等问题。

本文介绍了一种基于超声处理技术的纳米氧化铜制备方法,该方法具有简单易行、高效快速、低成本等优点,为纳米氧化铜的制备提供了一种新的解决方案。

1. 原理及步骤超声处理技术利用声波的机械作用和声空化效应,可以在液体中产生强烈的物理涡流和折射、扩散效应,从而促进液体中溶质的均匀混合和反应。

该技术通过将铜盐与氧化剂在超声场中反应,实现纳米氧化铜的制备。

步骤:1.1 准备超声反应器:选择一个合适容积的超声反应器,确保反应器具备良好的抗腐蚀性和耐高温性能。

1.2 配制反应体系:按照一定的配比将铜盐和氧化剂分别溶解在适量的溶剂中,得到两个溶液。

1.3 超声处理:将两个溶液分别注入超声反应器中,开启超声器,并调节适当的超声功率和处理时间。

1.4 分离与洗涤:待超声处理完成后,将反应产物通过离心或过滤等方法分离出来,并用适量的溶剂进行洗涤,去除杂质。

1.5 干燥和表征:将洗涤后的纳米氧化铜样品进行干燥,并利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等手段对其进行表征。

2. 优势与应用2.1 优势2.1.1 简单易行:该方法操作简便,不需要复杂的设备和条件,适用于实验室和工业生产中的纳米氧化铜制备。

2.1.2 高效快速:超声处理技术可以显著提高反应速率和效率,减少制备时间和耗能。

2.1.3 低成本:相较于传统方法,超声处理技术的设备和耗材成本较低,使得纳米氧化铜制备更加经济可行。

2.2 应用2.2.1 催化剂:纳米氧化铜在催化领域具有重要应用价值,可以用于有机反应、水处理、废气净化等方面。

2.2.2 电子器件:纳米氧化铜作为电极、传感器材料,可应用于电池、超级电容器、储能器件等。

2.2.3 纳米复合材料:纳米氧化铜可以与其他纳米材料进行复合,开发出具有特殊性能的新型材料,如导电性、抗菌性等。

氧化铜纳米晶的合成及性能研究

氧化铜纳米晶的合成及性能研究

氧化铜纳米晶的合成及性能研究赵丽燕;宁甲甲;林奥雷;李冬妹【摘要】通过水热法合成了CuO纳米片及类纳米花等纳米结构.X射线衍射结果表明,样品为单斜CuO;采用透射电镜和高分辨透射电镜表征了样品的形貌和尺寸,观察到CuO纳米晶是由小的晶粒聚集而成的多晶结构.讨论了各种实验参数对CuO纳米晶合成的影响.结果表明,KOH具有促进CuO结晶的作用,十六烷基三甲基溴化铵可以控制反应产物尺寸,柠檬酸钠能够影响纳米粒子的排布规则,从而进一步影响CuO纳米晶的形貌和尺寸.另外,还研究了CuO纳米片的光学性能和氮气吸附性质.【期刊名称】《高等学校化学学报》【年(卷),期】2010(031)012【总页数】5页(P2349-2353)【关键词】水热合成;形貌;反应机理;氧化铜【作者】赵丽燕;宁甲甲;林奥雷;李冬妹【作者单位】吉林大学超硬材料国家重点实验室,长春,130012;吉林大学材料科学与工程学院,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,长春,130012;吉林大学材料科学与工程学院,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,长春,130012;吉林大学先进技术研究院,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,长春,130012【正文语种】中文【中图分类】O614近年来,纳米半导体材料[1~9]的研究引起广泛关注.由于CuO的禁带宽度为1.2 eV,因此成为一种潜在的太阳能电池和锂离子电池阳极材料[10~12],而且CuO纳米材料在气体传感器及催化方面的应用也越来越多[13~16].目前关于纳米级的CuO材料和器件的报道很多,已合成出纳米线[17]、纳米棒[18]、纳米椭圆盘[19]、纳米片[20]、纳米球[21]及纳米盘[22]等,但是单分散性较好的二维结构的研究鲜见报道.在液相反应中,改变溶液的组分、pH值、离子强度以及反应温度等对纳米材料形貌具有调制作用[23~28].本文采用水热法制备了具有良好单分散性、高度结晶的二维CuO纳米片,并利用透射电镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)研究了CuO的形貌和组成,通过紫外-可见吸收光谱研究发现,样品的吸收有明显的蓝移,体现出量子尺寸效应,并提出了二维CuO纳米片的形成机制.硫酸铜、十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)、氢氧化钾、柠檬酸钠及柠檬酸均为A.R.级,购自北京化学试剂公司.H-8100Ⅳ型透射电子显微镜(TEM,日本日立公司);JEM-2100型高分辨透射电子显微镜(HRTEM,200 kV,日本电子公司);D8 Advance型X射线衍射仪(XRD,Cu靶,λ=0.15406 nm,德国布鲁克公司);UV-3150型紫外分光光度计(UV,日本岛津公司);氮气吸附-脱附等温曲线的测定:将样品于100℃真空脱水10 h后,利用ASAP 2020型全自动快速比表面及孔体积分析系统在液氮温度(-196℃)下测得,比表面积数据由此系统根据Barrett-Emmett-Teller(BET)方法[29]自动给出.以表1中4号样品为例.称量0.6 mmol CuSO4·5H2O及0.6 mmol柠檬酸钠,溶解在25 mL去离子水中配制成溶液,将1.2 mmol CTAB加入上述溶液中,磁力搅拌同时加热反应5 min,停止加热,继续搅拌5 min.将1.2 mmol KOH溶解于5 mL去离子水中,缓慢滴加至上述混合溶液中,继续搅拌混匀后移入40 mL反应釜中,加热至120℃,保温10 min到2 h.取出后自然冷却,将内衬中的黑色结晶物分离,用去离子水冲洗2次,再用无水乙醇冲洗1次,于60℃下干燥8 h.计算产率为43.75%(CR1=cKOH∶cCu2+,CR2=cCTAB∶cCu2+,CR3=c柠檬酸钠∶cCu2+).其它具体的实验配比见表1.对不同反应时间制备的样品进行了粉末X射线衍射(XRD)分析,以确定样品的化学成分和晶体结构(表1 No.4).图1谱线a~e分别对应于10,20,40,80和120 min的样品衍射图.图1谱线a对应Cu(OH)2,从左向右衍射峰依次为(002),(111),(130)和(150)晶面,由于反应时间短,所以结晶度较低,这与图1谱线a对应的衍射强度很弱的结果相符.随着反应时间的增加,Cu(OH)2逐渐转变成为CuO.图1谱线d对应的是Cu(OH)2和CuO的混合物,说明当反应进行到40 min时便有大量的CuO出现.当反应到达120 min时,样品完全转变为CuO(图1谱线e).图1谱线e中所有的衍射峰分别对应于单斜CuO(JCPDS No.48-1548)的(110),(11),(111),(20),(020),(202),(11),(310)和(220)晶面.衍射峰较宽,强度较弱,无其它的杂峰出现,说明合成的纳米晶的尺寸都很小,样品中无杂相,完全为单斜结构的CuO.通过谢乐公式计算出制备的CuO晶体的平均晶粒度约为12 nm.图2(A)~(C)为实验样品4在不同放大倍数下的透射电子显微镜照片(TEM),可见样品呈现出不规则的椭圆片的形貌,长轴长度在100~200 nm之间,宽度为80~100 nm,厚度约为40 nm左右.TEM图片中颜色较深的部分是片状结构纵向立于铜网上的结果,结合样品的高分辨平视图[图3(A)]和样品的高分辨侧视图[图3(B)]可以发现,制备的CuO纳米晶都是由很多尺寸在5~10 nm的小晶粒聚集而成,且小晶粒的聚集无明显的取向.一般来说,纳米晶具有高的表面自由能,小尺寸的纳米晶有更大的表面原子比例,具有高自由能的纳米粒子是不稳定的,在热力学上,通过CuO纳米粒子团聚所形成CuO的纳米片可以有效地减少自由能,降低体系的能量并趋于稳态.为了研究实验中各个反应参数对CuO纳米晶形貌和尺寸的影响,进行了一系列对比实验.图4给出了在不同的反应配比下(表1中样品1~5)制备的CuO纳米晶的TEM照片,可见晶体的形貌有了较明显的变化,在不添加KOH时(CR1=0)不反应;当添加KOH的浓度为0.02 mol/L时(CR1=1),生成一些无规则的纳米结构[图4(A)];当KOH浓度增加到0.03 mol/L(CR1=1.5)时,组装成纳米片[图4(B)];随着KOH浓度的不断增加,产物的结晶度也越来越好[图4(C),CR1=2;图4(D),CR1=3].这是由于最初的Cu(OH)2成核过程需要消耗OH-;成核后,Cu(OH)2晶粒长大过程依旧需要消耗OH-,因此OH-浓度会制约反应中Cu(OH)2的生成量.在结晶过程中,由于OH-不断被消耗,导致其浓度下降,从而制约Cu(OH)2的继续结晶与生长[24],因此实验中OH-的浓度越高越能促进结晶过程的进行.通过样品4和样品6讨论了CTAB在合成CuO纳米晶过程中的作用.图5(A)和(B)分别给出了样品的TEM照片,即实验中加或不加CTAB时得到的CuO纳米晶的形貌.对比图5(A)和(B)发现,添加CTAB的CuO尺寸在200 nm左右,未添加CTAB的CuO尺寸为400 nm,两者都是片状结构.可见CTAB主要是作为软模板限制粒子尺寸的长大.研究了CTAB和KOH对反应影响的同时,也通过改变柠檬酸钠的用量讨论柠檬酸钠在形成CuO纳米晶中的作用.样品7实验中未添加柠檬酸钠,其产物也是CuO [图5(C)],通过高倍数下的电镜图片能够看到小晶粒聚集在一起构成表面不平整的片状二维结构,与添加柠檬酸钠的片状结构[图5(A)和(B)]相比,其排列明显无规,形貌上与纳米花十分相似,故称其为类纳米花.通过以上对比实验发现,柠檬酸钠只是影响了CuO纳米晶晶粒排布的规则程度,而对产物的形貌没有明显的影响,因此认为柠檬酸钠在实验中起到了缓冲剂的作用.这与Henglein小组[30,31]研究柠檬酸盐在形成Ag纳米粒子和还原Pt(Ⅱ)实验中均只起到稳定剂作用的结果相似.通过对样品XRD和TEM的表征得到了片状CuO纳米晶,这种片状二维结构的形成是一种取向生长的结果,结合类似反应体系之前的多次报道[25~28]以及产物随时间变化逐步由Cu(OH)2向CuO转变这一明显特征可知,溶液中的铜离子在OH-作用下形成Cu(OH)2,当溶液中Cu(OH)2浓度达到一定值时便开始结晶,进一步升温使Cu(OH)2脱水形成CuO.实验中通过调节OH-与Cu2+的摩尔比以控制成核数量.在标准反应配比下将反应物浓度降低1倍,结果发现,无论反应时间多久,得到的均为混合溶液,而只有当反应物浓度在配比的浓度范围时,才会得到目标产物. 图6给出了CuO纳米片的紫外-可见吸收谱图(UV-Vis).可见CuO纳米片在250~400 nm的范围内存在明显的吸收,吸收图谱与文献[19,32]报道的纳米结构的吸收图谱一致,与固体CuO的紫外吸收位置相比有明显的蓝移,体现了量子尺寸效应.由TEM图像可以发现,类纳米花状结构与片状结构相比表面不规整,由小晶粒聚集形成,应具有较大的比表面积,因此对其进行了氮气吸附测试.图7为样品7的氮气吸附-脱附曲线.结果表明,样品有较大的比表面积(60 m2/g),并且内部含有大量的孔洞.这是由于在CuO纳米粒子聚集形成纳米花的过程中,晶粒的凌乱取向导致CuO纳米粒子之间形成很多小的空隙,从而产生较大的比表面积所致,这与图5(C)的内嵌电镜照片的表征结果一致.通过水热方法,在120℃的条件下,合成出具有片状结构的CuO纳米晶体.CuO纳米片由几层纳米片叠加而成,而每一层纳米片又是由CuO纳米粒子聚集的结果.实验结果表明,KOH浓度对于CuO纳米晶的形貌有重要的影响,当KOH和CuSO4的摩尔比小于1∶1时,不会得到CuO的纳米片,只得到无规则的CuO纳米晶;随着KOH浓度的不断增加,产物的形貌变为片状结构,且晶粒的结晶程度越来越好;CTAB在反应过程中可以控制CuO纳米片尺寸;而柠檬酸钠在反应过程可以控制CuO纳米晶成核和生长的速率.KeywordsHydrothermal synthesis;Morphology;Mechanism;Copper oxide 【相关文献】[1] WU Qing-Sheng(吴庆生),ZHENG Neng-Wu(郑能武),DING Ya-Ping(丁亚平),LI Ya-Dong(李亚栋).Chem.J.Chinese Universities(高等学校化学学报)[J],2000,21(9):1471—1472[2] LIU Xiu-Li(刘秀丽),GAO Guo-Hua(高国华).Chem.J.Chinese Universities(高等学校化学学报)[J],2007,28(9):1609—1612[3] ZHAO Bing(赵冰),XU Wei-Qing(徐蔚青),RUAN Wei-Dong(阮伟东),HAN Xiao-Xia(韩晓霞).Chem.J.Chinese Universities (高等学校化学学报)[J],2008,29(12):2591—2596[4] BAO Jian,SHEN Yue,SUN Yan,YUE Yang,CHEN Xin,DAINing.Chem.Res.Chinese Universities[J],2009,25(2):147—150[5] Ning J.J.,Men K.K.,Xiao G.J.,Zhao L.Y.,Wang L.,Liu B.B.,Zou B..J.Colloid Interface 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nanoplates was proposed.The optical properties of CuO nanoplates were studied by UV-Vis absorption spectrum,moreover,CuO nanoflowers showed high ratio surface,which have potential for catalysis material.。

纳米CuO 的沉淀转化法制备与表征

纳米CuO 的沉淀转化法制备与表征

* 基金项目 :国家自然科学基金资助项目( 50174016 )
收到稿件日期 :2007-04-03 通讯作者:储 刚 作者简介:储 刚 ( 1963-) ,男,博士 ,高级工程师,从事冶金物理化学专业。
2070

纳米 CuO 和前驱体 Cu(OH) 2 的 XRD 定性分析



表1
2007 年增刊(38)卷
[9~11] [6~8]
3
3.1
结果与讨论
前驱体 Cu(OH) 2 的 TGD-DTA 分析
由图 1 的 TGD-DTA 分析可见,Cu(OH)2 粉体从 128.16℃开始急速失重和吸热, 为其脱水生成 CuO 过程, 在 187.50 ℃达到低点,完成了 Cu(OH)2 到 CuO 的相变, 可见 200℃左右是其理想的生成 CuO 的控制温度点。
Temperature Difference/℃· mg· 10-1
2
2.1


实验原料
纳米 CuO 的制备
2.1.1
五水硫酸铜(分析纯) ,氢氧化钠(分析纯) ,无水 乙醇(分析纯) 。
图1 Cu(OH) 2粉体的 TGD-DTA谱图 Fig 1 TGD-DTA patterns of Cu(OH)2 powder
1


纳米材料的性能不仅取决于物质种类,而且与粒子 的结构和形貌有着密切联系。 只有实现对纳米材料微结 构的有效控制
[1,2]
, 才有可能进一步将其应用于微电子
器件等高科技领域中。鉴于上述原因 ,纳米材料的微结 构尤其是形貌控制成为当前材料科学研究的前沿与热 点
[3~5]

作为用途广泛的多功能无机材料,纳米 CuO 具有 独特的电、磁、催化特性,在气体传感、磁相转换、超 导以及催化等领域有着广泛的用途。常见的纳米 CuO 的 制备方法有溶胶-凝胶、络合沉淀法、室温固相法、超声 法、醇热法等 。纳米 CuO 的粒径介于 1~100nm,由 于具有表面效应、量子尺寸效应、体积效应以及宏观量 子隧道效应等,与普通 CuO 相比,在磁性、光吸收、 化学活性、热阻、催化剂和熔点等方面表现出奇特的物 理和化学性能,已引起人们广泛的关注,并成为用途更 广泛的无机材料之一。随着对纳米材料性质研究的深 入,推动了纳米材料制备技术的发展 。本工作采用 沉淀转化法制备了纳米晶体 CuO。 采用单线傅氏物理线 形分析法对不同热分解条件下制备的纳米 CuO 粉晶的 微观结构进行表征[12,13]。

氧化铜纳米粒子

氧化铜纳米粒子

氧化铜纳米粒子引言氧化铜纳米粒子是一种具有广泛应用潜力的材料,具有优异的电学、磁学和光学性质。

它们在催化剂、传感器、能源存储和转换、生物医学等领域中发挥着重要作用。

本文将从以下几个方面对氧化铜纳米粒子进行探讨。

1. 氧化铜纳米粒子的合成方法1.1 物理法合成物理法合成包括等离子体弧放电法、激光热蒸发法等。

不同的物理法合成出的氧化铜纳米粒子具有不同的形貌和尺寸分布。

1.2 化学法合成化学法合成是目前最常用的氧化铜纳米粒子合成方法,包括溶剂热法、溶胶-凝胶法、水热法等。

化学法合成的氧化铜纳米粒子具有可调控性强、形貌多样的特点。

1.3 生物法合成生物法合成利用植物、微生物等生物体内的酶、蛋白质等,在环保、可持续发展方面具有一定优势。

目前已有多种生物法合成氧化铜纳米粒子的报道。

2. 氧化铜纳米粒子的性质与表征2.1 结构性质氧化铜纳米粒子的结构性质可以通过X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等技术进行表征。

研究发现,氧化铜纳米粒子的晶体结构与尺寸密切相关。

2.2 光学性质氧化铜纳米粒子具有明显的可见光吸收和散射特性,这使其在光学材料和光催化等领域具有潜在应用价值。

纳米粒子的尺寸和形貌对其光学性质有着重要影响。

2.3 电学性质氧化铜纳米粒子的电学性质主要表现为导电性和电容性。

纳米粒子的大小和形貌对其电学性质产生显著影响,这使得氧化铜纳米粒子在电子器件和储能器件等领域有着广泛应用前景。

3. 氧化铜纳米粒子的应用3.1 催化剂氧化铜纳米粒子作为催化剂在有机反应、废气处理、能源转化等方面表现出较高的催化活性和选择性。

其形貌、尺寸和晶体结构的调控对催化性能具有重要影响。

3.2 传感器氧化铜纳米粒子的敏感性和可调控性使其在气体传感器、生物传感器等领域具有广泛应用前景。

氧化铜纳米粒子与目标分子的相互作用可导致电学、光学信号的变化,这为传感器的制备提供了可能。

3.3 能源存储和转换氧化铜纳米粒子在锂离子电池、超级电容器等能源存储和转换装置中显示出良好的电化学性能。

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Growth and structural properties of CuO urchin-like and sheet-likestructures prepared by simple solution processM.Vaseem a ,Ahmad Umar a ,S.H.Kim a ,A.Al-Hajry b ,Y .B.Hahn a,⁎aSchool of Semiconductor and Chemical Engineering and BK21Centre for Future Energy,Materials and Devices,Chonbuk National University,Chonju 561-756,South KoreabDepartment of Physics,Faculty of Science,King Khalid University,Abha,Saudi ArabiaReceived 4September 2007;accepted 21September 2007Available online 29September 2007AbstractUrchin-like and sheet-like CuO structures have been synthesized in a large-quantity via simple solution process.Urchin-like CuO structures were obtained by the copper powder,present in the strong alkali solution of copper nitrate,in which small CuO nanosheets were nucleated and grown on the outer surfaces of copper powder moieties.Sheet-like structures,some arranged in flower-shaped morphologies,were found in the same reaction from the reactant solution.The detailed structural investigations using XRD,TEM,and IR revealed that the as-grown products are nanocrystalline pure CuO and possessing a monoclinic structure.The as-grown products are exhibiting a higher surface area hence proving an opportunity to use themselves for the fabrication of efficient devices in near future.©2007Elsevier B.V .All rights reserved.Keywords:Urchin-like structure;Nanosheets;Nanomaterials;Characterization methods1.IntroductionAs an important p-type transition metal oxide semiconductor with a narrow band gap (Eg =1.2eV),CuO has received considerable attention in recent years due to its exotic properties and wide applications ranges from heterogeneous catalysts,gas sensors,field-emission emitters to high temperature super-conductors and solar cells,lithium ion electrode materials,and etc [1–3].Therefore,due to these versatile properties and wide applications of CuO,a variety of CuO structures have been fabricated by different synthetic techniques and reported in the literature [4–10].Regarding the synthesis of complex CuO structures,Liu et al.synthesized the dandelions-like CuO struc-tures by using copper nitrate,ethanol,ammonia,NaOH,and NaNO 3in Teflon-lined stainless steel autoclave at 180°C in 2–24h [4].Self-assembled CuO monocrystalline nanoarchitec-tures were successfully synthesized by Liu et al.by the reaction of copper acetate,ammonia,under continuous stirring at 65–85°C in 24h [5].Xu et al.reported the formation of CuO micro-flowers synthesized from the copper chloride and ammonia solution under continuous stirred and in Teflon-lined stainless steel autoclave at 180°C in 2h [6].Liu et al.presented the synthesis of CuO honeycombs and flower-like assemblies by mixing NaOH,(NH 4)2S 2O 8,Na 2WO 4,Na 2MoO 4,SDS on copper foil in Teflon-lined stainless steel autoclaves at 160°C in 24h [7].Recently,Keyson et al.synthesized the urchin-like CuO structures by hydrothermal microwave route by mixing the copper carbonate,polyethylene glycol (PEG)and NH 4OH at 120°C in 1h [8].Previous reports shown above revealed that higher temperature and time,and complex instrument were needed for the growth of complex CuO structures.Therefore,it is a need to develop a simple,easy and effective method to synthesize the complex CuO structures in large-quantity.In this paper,we present a very simple and convenient solution route to synthesize the complex CuO structures,i.e.urchin-like and sheet-like structures in very short time,without the use of any complex instrument,reagent and surfactants.InAvailable online at Materials Letters 62(2008)1659–1662/locate/matlet⁎Corresponding author.Tel.:+82632702439;fax:+82632702306.E-mail addresses:ahmadumar@chonbuk.ac.kr (A.Umar),ybhahn@chonbuk.ac.kr (Y .B.Hahn).0167-577X/$-see front matter ©2007Elsevier B.V .All rights reserved.doi:10.1016/j.matlet.2007.09.054our synthesis,only Cu powder,copper nitrate and NaOH were used for the synthesis of urchin-like and sheets-like CuO struc-tures.To the best of our knowledge,the approach employed in this paper to synthesize the complex structures of CuO is not reported yet in the literature.The high surface area of the as-grown urchin-like and sheet-like structures provides an op-portunity to use these structures for the fabrication of efficient devices in near future.2.Experimental detailsAll the reagents used in this synthesis were in analytical grade and used as received without further purification.The typical reaction process for the synthesis of urchin-like and sheet-like CuO structures was as follows:about1g of copper powder was put into10ml of deionized(DI)water under continuous stirring.Subsequently,0.2M copper nitrate(Cu (NO3)2·H2O)solution was prepared in50ml of DI water and mixed with2.0M NaOH solution prepared in50ml DI water under continuous stirring.The resultant mixture(0.2M copper nitrate and2.0M NaOH)was put into the previous stirred aqueous solution of Cu powder and stirred again for next 20min.A blue colored solution was obtained,which was transferred into a three-necked flask and refluxed at90°C for 1h.The solution temperature was controlled by inserting manually adjustable thermocouple in the three-necked refluxing pot.After completing the reaction in desired time,black precipitate was obtained which was collected and washed with methanol and deionized water several times and dried at room-temperature.The as-grown products were structurally charac-terized by various analyses tools.3.Results and discussionMetallic copper powder was used to synthesize urchin-like CuO structures consist of thin CuO nanosheets.Bunches of almost spherical-shaped copper particles with the diameters of about1–2μm were observed from the copper powder(Fig.1(a)and(b)).These copper particles are oxidized and converted into CuO in the presence of strong alkali solution of copper nitrate.The general morphologies of as-synthesized urchin-like CuO structures were observed by the FESEM and shown in Fig.1(c)and(d)which reveals that these structures are made by the fine arrangements of thin CuO nanosheet.It is believed that the copper particles were oxidized and converted into CuO particles in the presence of strong alkali solution of copper nitrate, and CuO sheets are arranged on these CuO particles as the reaction proceeds for longer time.Interestingly,it is seen that the sizes of the copper particles are smaller as compared to the urchin-like CuO structures;therefore it is believed that some converted CuO particles adhere each other and form the large urchin-like CuO structures.The typical diameter of urchin-like morphologies lies in between2μm and 4μm(Fig.1(c)),while some smaller urchin-like morphologies are also seen in the micrograph(Fig.1(d)).In addition to the urchin-like morphologies,2D sheet-like structures were also observed from the reactant solution and shown in Fig.2.Fig.2(a)shows the low-magnification image of the as-grown nanosheets which reveals that the sheets are grown in very large-quantity.Interestingly,it is also seen that some sheets are arranged in such a special fashion that they made flower-like morphologies with an average diameter of2–5μm(Fig.2 (b))while some sheets are arranged in irregular manner(Fig.2(c)).As revealed by high-resolution FESEM image,the thickness of the as-grown nanosheets is in the range of40–60nm(Fig.2(d)).Moreover, the as-grown nanosheets are2–4μm wide.For detailed structural observations,the as-grown urchin-like CuO structures were further characterized by the transmission electron microscopy(TEM)and shown in Fig.3(a)and(b).The observedTEM Fig.1.(a)Low and(b)high-magnification typical FESEM images of copper powder before the experiment and(c)low and(d)high-resolution FESEM images of as-grown urchin-like CuO structures grown onto the copper powder by simple solution process.1660M.Vaseem et al./Materials Letters62(2008)1659–1662images of as-grown urchin-like structures are exhibiting full consis-tency,in terms of morphology and dimensionality,with the FESEM observations shown in Fig.1(c)and (d).It is clearly seen from the TEM image that these structures consist of small nanosheets which are arranged in very fine manner at the outer surfaces of the CuO particles.These structures are exhibiting pointed needle-like structures at the edges of microspheres.Interestingly,large urchin-like structures are also observed which seems to be formed by the accumulation of several CuO particles (Fig.3(a)and (b)),which reveals the consistency with the FESEMexplanations.Fig.3.(a)and (b)Typical TEM images;(c)X-ray diffraction (XRD)pattern and (d)FTIR spectrum of the as-grown urchin-like CuO structures grown by simple solutionprocess.Fig.2.(a)and (b)Low and (c)and (d)high-magnification typical FESEM images of flower-like composed of thin nanosheets and irregularly arranged sheet-like structures grown in the reactant solution.1661M.Vaseem et al./Materials Letters 62(2008)1659–1662The crystal phase and crystallinity were analyzed by X-ray dif-fractometer(XRD)measured with Cu-Kαradiations(λ=1.54178Å)inthe range of20–70°and shown in Fig.3(c).The obtained XRD patternof as-synthesized product is supported well the nanocrystalline natureof CuO and can be indexed to the monoclinic phase of CuO crystals(JCPDS48-1548).Moreover,two dominated peaks compared to otherobserved peaks in the pattern,located at2θvalues of35.6°and38.8°indexed as(1¯11)–(002)and(111)–(200)planes,respectively arecharacteristics for the pure phase monoclinic CuO crystallites.Thequality and composition of the synthesized CuO structures werecharacterized by the Fourier transform infrared(FTIR)spectroscopy inthe range of400–4000cm−1and shown in Fig.3(d).Several bandshave been appeared in the FTIR spectrum of the as-grown sample.Thepresence of a weak adsorption at3334cm−1is due to the stretchingvibration of the adsorbed water and surface hydroxyls.Several otherbands appeared in the FTIR spectrum at598,525,and430cm−1are thecharacteristic for monoclinic CuO phase and confirms the monoclinicphase for the as-grown structures[1].As two different kinds of CuO structures i.e.urchin-like and sheet-like have been obtained in our reaction,hence two types of growthmechanisms can be explained for the formation of these structures.Regarding the growth of the urchin-like CuO structures,since theurchin-like structures were grown onto the Cu particles mixed with thehigh alkaline solution of copper nitrate,therefore we believed thatinitially the outer surfaces of the copper powder were got oxidize underhigher alkaline medium as evident from the previously reported results[9]and a layer of copper hydroxide was covered,depending upon theadsorption of hydroxyl ions,on the surfaces of copper particles[10].The formation of copper hydroxide occurs according to the followingchemical reaction Cu+2OH−→Cu(OH)2.Moreover,the copper pow-der in this case can provide two things,i.e.as a self source of the Cu2+ions and as a template for the formation of urchin-like morphologies.Thus,with longer reaction time,the conversion of Cu(OH)2into CuOoccurred according to this chemical reaction Cu(OH)2→CuO+H2O. Moreover,with time,the copper particles are converted into copper oxide and after saturation at a critical level,the growth over the converted CuO particles occurred and finally urchin-like structures are obtained.Furthermore,it is worth while to note that the copper nitrate may also provide Cu2+ions for the growth of urchin-like structures.In addition to the urchin-like structures,large-surface area sheet-likemorphologies were also obtained from the reactant solution.Yang et al.reported that the Cu(NO3)2in presence of higher concentration of NaOHaqueous solution produces[Cu(OH)4]2−ions instead of Cu(OH)2pre-cipitates[10]via this simple chemical reaction Cu2++4OH−→[Cu (OH)4]2−.Therefore,with the reaction time at appropriate temperature, dehydration occurs in the[Cu(OH)4]2−moieties,and finally CuO nuclei were obtained according to this reaction[Cu(OH)4]2−→CuO+H2O+2OH−.The grown CuO nuclei develop in their own preferred growth directions and finally sheet-like morphologies were obtained as final products in the reactant solution.4.ConclusionsIn conclusion,urchin-like composed of thin nanosheets and 2D sheet-like morphologies of CuO have been synthesized in a large-quantity via simple solution process at low-temperature of 90°C without the use of any complex instruments and reagents. The detailed structural investigations revealed that the as-grown products are nanocrystalline pure CuO possessing a monoclinic structure.Both the structures,i.e.urchin-like composed of thin nanosheets and2D sheet-like morphologies are exhibiting a higher surface area hence proving an opportunity to use them for the fabrication of efficient devices in near future.AcknowledgementsThis work was supported in part by the Brain Korea21 project in2007and the Korea Research Foundation grant(KRF-2005-005-J07502)(MOEHRD).Authors wish to thank Mr.T.S. Bae and J.C.Lim,KBSI,Jeonju branch,and Mr.Jong-Gyun Kang,Centre for University Research Facility(CURF)for taking good quality SEM and TEM images,respectively.References[1]J.A.Switzer,H.M.Kothari,P.Poizot,S.Nakanishi,E.W.Bohannan,Nature425(2003)490.[2]C.T.Hsieh,J.M.Chen,H.H.Lin,H.C.Shih,Appl.Phys.Lett.83(2003)3383.[3]Y.Y.Xu,D.R.Chen,X.L.Jiao,J.Phys.Chem.B109(2005)13561.[4]B.Liu,H.C.Zeng,J.Am.Chem.Soc.126(2004)8124.[5]J.Liu,X.Huang,Y.Li,K.M.Suleiman,X.Xe,F.Sun,Cryst.Growth Des.6(2006)1690.[6]Y.Xu,D.Chen,X.Jiao,K.Xue,Mater.Res.Bull.42(2007)1723.[7]Y.Liu,Y.Chu,Y.Zhou,M.Li,L.Li,L.Dong,Cryst.Growth Des.7(2007)467.[8]Keyson D,V olant DP,Cavalcant LS,Simões AZ,Varela JA,Longo E,Mater.Res.Bull.(in press).[9]W.Zhang,X.Wen,S.Yang,Inorg.Chem.42(2003)5005.[10]Z.Yang,J.Xu,W.Zhang,A.Liu,S.Tang,J.Solid State Chem.180(2007)1390.1662M.Vaseem et al./Materials Letters62(2008)1659–1662。

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