用软物质团簇模板制备含铜氧化物中空亚微球

摘要

本文以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)—十二烷基硫酸钠(SDS)组成的项链状软物质团簇为可调性软模板，采用N2H4·H2O为还原剂，还原CuSO4制备Cu2O中空亚微球。XRD结果确定产物为Cu2O立方晶系晶体；从SEM图象可以看出产物Cu2O晶体为表面粗糙的规整亚微球，并可以根据亚微球图象的显著明暗对照初步推测其可能具有中空结构：采用TEM十分清晰地记录了不同反应阶段所得产物的电镜图象，并用SDS-PVP项链状软物质团簇模板诱导二次组装作用成功解释了CU2O中空亚微球的生长过程。通过改变还原剂的浓度和体系中CuSO4的初浓度对Cu2O中空亚微球进行可控合成，结果表明随着还原剂的浓度或CuSO4的初浓度的增大，产物Cu2O中空亚微球的粒径逐渐减小。 以Cu2O中空亚微球为催化剂，催化光降解酸性品红。实验结果表明Cu2O中空亚微球对酸性品红的降解具有良好的催化作用，反应的最佳固液比为0.100g·L-1，此时降解率高达97.8％。随着Cu2O中空亚微球粒径减小，比表面积增大，其光催化性能逐渐增强。同时催化剂重复利用5次后，其对酸性品红的降解率仍能达70％以上。 对Cu2O中空亚微球进行焙烧得到CuO中空亚微球，采用SEM及XRD对粒子的结构和形貌进行了表征。通过XRD图谱可以看出，在高温焙烧下Cu2O中空亚微球转换成CuO中空亚微球，该粒子一级结构的粒径为10.22nm；通过SEM图像看出，多数产物为表面粗糙、形状规整的亚微球，分散性较好，同时可以清楚地看到该亚微球是由许多原级CuO小晶粒组装而成的二级结构，从部分破碎的粒子，或粒子中部的阴影观察到CuO亚微球仍保持中空结构。同时研究了几种不同的反应条件对产物形貌的影响。通过对SEM图像分析得出，采用自然晾干、逐渐升高焙烧温度的制备方法有利于得到粒径均匀、结构致密、分散性好的CuO中空亚微球。 采用表面张力、荧光探针等技术对CuSO4—SDS-PEG三元体系的临界浓度特征进行研究；实验结果表明SDS-PEG水溶液中加入CuSO4后体系的y—lgc曲线不再具有双拐点，SDS在PEG分子上以单分子形式吸附；PEG的加入大大降低了体系的cmc，使Nm显著升高；随着PEG浓度的增加，体系的cmc略有增大，胶束的微环境极性逐渐增大后趋于稳定。以SDS-PEG体系为模板，采用N2H4—H2O还原CuSO4制备Cu2O中空亚微球，从TEM图像可以看出产物为形状规整，粒径均匀的亚微球，并且可以看出产物是由小晶粒组装而成的二级结构，粒子中部颜色较淡，可能具有中空结构。由此可以推测，在非团簇化体系中当表面活性剂浓度超过相应条件下的cmc后，体系中的大分子与自由胶束仍可能对Cu2O晶粒起到诱导组装双重软模板作用，其作用机理与方法仍需要进一步实验的支持。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1纳米材料的基本效应

1.1.1小尺寸效应

1.1.2表面效应

1.1.3量子尺寸效应

1.1.4宏观量子隧道效应

1.2纳米材料的制备方法与技术

1.3软模板法制备纳米材料

1.3.1表面活性剂模板

1.3.2大分子模板

1.3.3表面活性剂-大分子复合体系模板

1.4纳米材料的表征

1.4.1化学成分的表征

1.4.2纳米颗粒的表征

1.4.3纳米颗粒表面分析

1.4.4晶态的表征

1.5纳米材料的应用

1.5.1催化剂

1.5.2纳米电子学、光电子学和磁学

1.5.3生物医学

1.5.4新型功能材料

1.6结语

第二章以SDS-PVP项链状软团簇为模板制备氧化亚铜中空亚微球

2.1实验部分

2.1.1实验试剂

2.1.2试验仪器

2.1.3实验方法

2.2结果与讨论

2.2.1 Cu2O中空亚微球的结构与形貌表征

2.2.2 Cu2O的生长过程

2.2.3 SDS-PVP软物质团簇结构

2.2.4 SDS在Cu2O中空亚微球制备各阶段的吸附形式

2.2.5 Cu2O中空亚微球的形成途径

2.2.6可控合成Cu2O中空亚微球

2.3本章小结

第三章氧化亚铜中空亚微球初步应用(一)催化光降解酸性品红

3.1实验部分

3.1.1试验试剂

3.1.2试验仪器

3.1.3实验装置与方法

3.2结果与讨论

3.2.1光照时间对Cu2O中空亚微球光降解酸性品红的影响

3.2.2以Cu2O中空亚微球为催化剂光催化降解酸性品红溶液的最佳液固比

3.2.3 Cu2O中空亚微球形貌对其催化效果的影响

3.2.4 Cu2O中空亚微球的重复利用对其催化性能的影响

3.3本章小结

第四章氧化亚铜中空亚微球的初步应用(二)制备氧化铜亚微球

4.1实验部分

4.1.1实验试剂

4.1.2实验仪器

4.1.3实验方法

4.2实验结果与讨论

4.2.1氧化铜中空亚微球的XRD表征

4.2.2氧化铜中空亚微球的SEM表征

4.2.3反应条件对Cu2O中空亚微球形貌的影响

4.3本章小结

第五章CuSO4-SDS-PEG体系的临界浓度特征及模板作用

5.1实验部分

5.1.1实验试剂

5.1.2试验仪器

5.1.3实验方法

5.2实验结果与讨论

5.2.1 CuSO4-SDS-PEG复合体系的特征

5.2.2 CuSO4-SDS-PEG体系胶束聚集数的测定与求取

5.2.3 SDS、PEG的浓度对胶束聚集数和微环境极性的影响

5.2.4以SDS-PEG体系为模板制备Cu2O中空亚微球

5.3本章小结

第六章全文结论

致谢

参考文献