气相爆轰法合成碳包覆纳米铜粒子的研究

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金属纳米颗粒以其优异的性能而备受研究者的关注。但是由于它比表面积较大,暴露在空气中容易发生氧化,从而在很大程度上限制了其发展。碳包覆技术,不仅保护金属纳米颗粒不受外界的侵蚀氧化,更拓宽了它在生物方面的应用。本文以乙酰丙酮铜作为反应物,氢气和氧气、氢气和空气、甲烷和氧气、苯和氧气分别作为爆源,首次利用气相爆轰法合成碳包覆金属纳米铜颗粒。  为了从理论上分析气相爆轰合成碳包覆金属纳米铜材料的可行性,利用气体爆炸极限和负氧平衡条件确定反应气体的比例,在CJ经典爆轰理论和热力学第一定律的基础上计算气相爆轰时的爆压、爆速、爆温、密度的理论值,并且在这些爆轰参数的基础上分析碳包金属纳米颗粒的合成机理。  以H2和O2为爆炸源,在改变前驱体质量的前提下均成功合成了直径在20-50nm之间的Cu@C核/壳纳米颗粒。通过XRD、Raman和TEM分析表明随着乙酰丙酮铜质量的增加,生成物无论是颗粒直径或者是石墨化程度还是包覆效果都有一定的改善。但是随着反应物质量的增加,由于反应容器体积的固定,反应气体密度增加,因此生成物的团聚现象严重。针对上述实验出现铜的氧化物杂质的问题,在保持乙酰丙酮铜质量不变的前提下通过改变氢气和氧气的比例来进行验证,结果表明随着氢氧比例的改变,产物中铜的氧化物的种类也在发生改变,到达一定的比例则不会产生铜的氧化物。  采用不同气体作为爆源,研究气体种类对合成碳包金属纳米物的影响。通过对生成物的检测结果表明,以氢气和氧气为主要爆炸源时能够合成碳包覆结构,而其它两类气体并不能生成这种结构,结合四种气体的爆轰参数计算结果发现,在气相爆轰法合成碳包覆金属纳米结构的实验中,爆温和爆压是影响实验成败的决定性因素。  最后,针对反应生成的碳包覆铜金属纳米颗粒进行抗氧化性分析,并且对热处理之后产物进行TEM分析。在和纯铜粉的TG-DSC曲线对比中发现,碳包覆结构在一定程度上抑制了金属铜纳米颗粒的氧化。
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