硫属化合物和氧化物纳米材料的化学液相合成与机理研究

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本论文以液相化学合成为基础,重点探索了用室温水相化学合成,水热以及溶剂热合成制备了CuS,NiTe2,Cu2O,CuO纳米材料。室温下采用水相合成方法可控制备CuS纳米管和纳米空心球:水热条件下制备具有正六边形形貌的NiTe2单晶纳米片;采用乙二醇还原法合成Cu2O纳米线阵列;在水热条件下经过氧化路径合成出CuO分级微米球结构。此外,对所制备的纳米材料进行了详细的形貌表征和结构研究,进而探讨不同反应条件对产物的相成分和形貌的影响。在此基础上,提出纳米材料相应的形成机理。主要内容归纳如下:1.室温下,以CuCl2,硫脲(Tu)和NaHCO3作为反应物,通过调节Tu/CuCl2的摩尔比选择性地合成了CuS纳米管和纳米空心球,其直径约为100-200nm,结构观察表明这些CuS纳米管和纳米空心球都是由大量尺寸约为5-10 nm的CuS小颗粒组成。对CuS形貌的影响因素进行了系统的探讨,并对CuS不同形貌的形成过程提出了两种可能的生长路径。当Tu/CuCl2的摩尔比较低时会经过Tu-Cu(Ⅱ)配合物前驱物路径最终形成CuS纳米管,而摩尔比较高时会通过Tu-Cu(Ⅰ)前驱物路径从而生成CuS纳米空心球。紫外-吸收光谱表明CuS纳米空心球在481 nm处有一个比较宽的吸收峰,而CuS纳米管却没有这样的峰。室温发光光谱表明CuS纳米空心球在432 nm处有一个发射峰,而对于CuS纳米管却没有探测到发射峰。本实验体系的条件温和,操作方便。研究结果发表在J.Nanosci.Nanotechnol.(2007,7,4501)上。2.采用水热路径大规模的合成出了单晶的NiTe2纳米片。这些纳米片具有正六边形的形貌。纳米片的平均边长和厚度分别为350 nm和85 nm。实验结果表明EDTA起着络合剂的作用,在控制产物的相成分和形貌方面都起到了关键作用。该实验体系反应简单,条件温和,费用低廉,具有潜在工业应用价值,使得这种方法更富有意义和吸引力。此方法可以进一步延伸到其他碲化物纳米材料的制备。研究结果发表在J.Nanosci.Nanotechnol.(2009,9.2715)上。3.设计了一种无外加模板、无表面活性剂的溶液路径,采用乙二醇(EG)还原Cu(CH3COO)2的方法,成功的合成出了有序的Cu2O纳米线阵列。其整体形貌看起来象压缩饼干。Cu2O纳米线的直径大约为30 nm。对Cu2O相成分和形貌的影响因素进行了系统的观察。反应体系简单,操作方便。研究结果发表在Mater.Chem.Phys.(2009,114,213)上。4.设计了表面活性剂聚乙二醇(PEG)辅助的水热合成路线,选择CuCl作为铜源,氨水作为碱性介质,合成了三维的CuO片-片-球分级结构,CuO球的直径大约为3μm,每个微米球都是由无数的二维纳米片通过层层重叠生长模式组成的,这些纳米片的厚度大约为40 nm。而每个纳米片又是由很多更小的二维纳米片以边对边的方式聚集的。对CuO形貌的影响因素进行了系统的观察,其中,PEG的浓度对形貌起着很关键的作用。另外,研究了CuO分级微米球的形成机理。
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