固相反应法制备纳米cu

固相反应法制备纳米cu

传统的化学联合作用通常在溶液和气体中进行。由于能耗高、时间长、环境严重、技术复杂，越来越受到重视。新合成过程继续发展，但总体没有质的变化。现代固相合成化学的一个重要研究领域是纳米材料的制备.对纳米材料的研究是当前物理、化学和材料科学的一个活跃领域室温、近室温固相反应合成纳米材料的方法日益受到重视,它的突出优点是操作方便,合成工艺简单,粒径均匀,且粒度可控,污染少,同时又可以避免或减少液相中易出现的硬团聚现象.贾殿赠等人发现用低热或室温固相反应法可一步合成多种纳米粉体本论文将固相化学反应用到纳米材料的合成中,在室温下通过固相反应合成出多种纳米材料,用XRD和TEM技术对其产物和组成大小及形貌进行表征.1实验设备和材料1.1仪器1.2试剂2实验方法以制备纳米CuO2.1目的描述[15]CuO是具有广泛用途的化工产品,半导体CuO与绝缘体Al2.2样品cu的制备称取10mmolCuCl按不同的反应条件制得其它的纳米CuO的样品.2.3纳米coa的xrd图谱CuO物相的分析用X射线衍射(XRD)图谱.将样品的XRD图谱与分析纯的CuO的XRD图谱进行比较,通过特征数据判断产物的纯度.纳米CuO粒子的大小及形貌采用透射电子显微镜(TEM)进行观测.3结果与讨论3.1-2500indeg-400slits/ms1spefdSAMPLENAME:t-5FILENAME:t-5100TARGET:Cu40kV100mASLITS:DS1AS.3SS1SPEFD:8deg/min.STEP:.02deg对Cu(NO3.2影响产物粒径和分散的因素3.2.1不同的研磨方法对产物的粒径和分散的影响图2和图3为CuO样品的透射电镜照片(TEM).图2是未经预研磨的CuCl3.2.2不同的反应配比对产物粒径及分散性的影响图4和图5分别为过量25%(摩尔分数)与过量75%(摩尔分数)的NaOH与经预研的CuCl通过对按不同反应配比制备的CuO样品的TEM结果进行比较,可以看出:当NaOH的用量增大时,产物CuO粒子的分散性得到明显改善,但是颗粒大小分布不均匀.由文献可知,Cu盐与NaOH固相反应生成CuO过程是分两步进行的,第一步生成Cu(OH)3.2.3不同反应系统对产物的粒径和分散的影响图6经预研的Cu(NO3.2.4超声分散时间对产物粒径及分散性的影响.图7是经预研过的CuCl超声波在实验过程中的作用主要是阻止颗粒的二次团聚,也就是软团聚.软团聚主要是由颗粒间的库仑力和范德华力引起的,可以通过一些化学的作用或施加机械能的方式来消除.采用超声波分散便是对产物施加机械能的方法进行分散.对于颗粒间的硬团聚,除了颗粒间的范德华力或库仑力外,还存在化学键的作用.这种化学键的作用是无法用超声分散的方法来破坏的.因此,当颗粒分散到一定程度后,延长超声分散时间并不能明显改变颗粒的分散性.3.2.5表面活性剂用量对产物粒径的影响图9和图10为Cu通过实验还发现,当未加入表面活性剂时,产物颗粒尺寸分布宽,平均70nm,随着面活性剂加入量的提高,颗粒尺寸分布变窄,平均粒径下降.当表面活性剂用量相当于粉体用量的0.5%时,CuO样品的平均粒径最小,为40nm,较未加入表面活性剂下降了近一倍.继续提高表面活性剂用量到0.55%时,粉体颗粒尺寸分布基本不变,平均粒径不再下降.相反,平均颗粒尺寸略有增加,说明颗粒之间形成絮凝结构.(见图11).表面活性剂聚乙二醇600在实验中主要是用来消除颗粒间的硬团聚,对产物起分散稳定的作用.对于表面活性剂的这种作用,主要包括三个方面(1)固体粒子的润湿润湿是固体粒子分散的基本的条件,若要把固体粒子均匀地分散在介质中,首先必须使每个固体微粒或粒子团,能被介质充分地润湿.在此过程中表面活性剂所起的作用有两个,一是表面活性剂在介质表面的定向吸附,另一种作用是降低液体的表面张力.在水介质中加入表面活性剂后,容易实现固体粒子的完全润湿.(2)固体粒子团的分散与破裂过程在此过程中要使粒子团分散或碎裂是涉及到粒子团内部的固-固界面分离问题,在固体粒子团中往往存在缝隙,另外粒子晶体由于应力作用也会使晶体造成微缝隙,粒子团碎裂就发生在这些地方.这些微缝隙可看作毛细管,因此粒子团的分散与碎裂过程可作为毛细渗透来处理.(3)防止固体粒子团聚的能障固体微粒一旦分散在液体中,得到的是一个分散体系,但稳定与否则要取决于各自分散的固体微粒能否重新聚集形成凝聚物.由于表面活性剂吸附在固体微粒的表面上,从而增加了防止微粒重新聚集的能障,并且由于所加的表面活性剂降低了因-液界面张力,即增加分散体系的热力学稳定性.因此总的结果是在一定条件下,降低了粒子团聚的倾向.4超声分散时间和表面活性剂用量对产物粒径的影响以室温下利用固相化学反应制备纳米CuO粉体为例,对不同的反应条件下,影响产物的粒径及分散性的进行了一系列的探究,结论如下:4.1反应速度是影响粒径大小的主要因素,主要体现在以下两个方面:一方面是研磨方式,事先将反应物进行充分预研磨的方式,可增大反应物的比表面,加速反应物分子的扩散,从而加快反应进行.另一方面,选择合适的反应体系是必要的.反应速度快,单位时间成核数目多,抑制晶粒长大,反应所得产物的粒径较小.4.2不同的反应配比对产物的均匀程度有影响,配比越大,均匀性越差,但分散性很好.对不同反应,可根据需要确定反应配比.4.3超声波分散可改变颗粒的分散程度.超声分散只能破坏颗粒间的软团聚,增加分散性,同时可部分减小产物的粒径,