纳米材料的设计合成是纳米科学技术发展的热点领域,也是纳米科技得到进步研究并推广应用的基础。目前合成纳米材料的方法虽然很多,但是获得尺寸可控、颗粒均匀的纳米材料仍然存在一定的困难。探索发展纳米材料设计与合成的新途径、新方法,实现对纳米材料的尺寸大小、粒径分布以及形貌和表面修饰的控制仍然是纳米材料研究领域的一个重要课题。本论文以铜基无机材料为研究对象,发挥液相合成技术在控制材料的结构、形貌和尺寸方面的优势,对单质铜、氧化亚铜及铜基核壳结构纳米材料进行控制合成,探讨其控制机理及内在规律。论文的主要内容总结如下：1.水热法选择性合成铜纳米线和纳米片采用水热合成方法,在表面活性剂辅助下,通过控制Cu+离子的释放速率,调节溶液中有效单体的浓度,选择性合成了Cu纳米线和纳米片。当CTAC作为表面活性剂时,溶液中自由Cu+离子的释放速率和Cu+离子的还原速率由体系中的CuCl来决定,生成的产物为Cu纳米线。反应条件保持不变,当CTAB取代CTAC作为表面活性剂时,CTAB中的Br-与Cu+离子结合生成更难溶于水的CuBr。CuBr的生成使溶液中自由Cu+离子的浓度和Cu+的还原反应速率明显降低,为Cu纳米片的生成提供了有利的条件。2.水热合成多种形貌的氧化亚铜微米材料在水热条件下,次亚磷酸钠作为还原剂,柠檬酸三钠为配位剂,成功制备出多种形貌的Cu2O微米材料。次亚磷酸钠的还原性受溶液的酸碱性的影响,通过调节体系的pH值,可以控制还原反应的速率。对于面心立方晶系的Cu2O来说,立方体形貌的获得是由于六个<100>面生长较慢,而<111>生长较快所致。化学动力学实验表明,碱性条件下,次亚磷酸钠处于不活泼型,还原反应速率非常慢。因此,提高体系的pH值,使次亚磷酸钠的还原速率降低。在比较慢的还原反应速率下,Cu20晶体六个<100>面没有生长完全造成了立方体到八角花状过渡。3.溶剂热法合成氧化亚铜空心立方体利用溶剂热合成技术,不借助于任何模板和表面活性剂,成功制备了Cu2O空心立方体。通过对不同时间所得产物的TEM图像观察,我们认为Cu2O空心立方体的形成是定向聚集和奥氏熟化共同作用的结果。在反应的初期,溶剂热条件下,生成的小粒子聚集成大的颗粒以减少体系的表面能。随着反应的进行,小粒子的浓度逐渐降低,定向聚集变为次要因素。由于小粒子的起始聚集迅速,导致立方体内部结构疏松。在反应的后期,小的粒子或疏松的颗粒不断溶解,生成更大的、结晶性和致密性更好的颗粒。因为立方体内部的小粒子曲率更大,更容易溶解继而再结晶生长,所以最终所得产物为空心立方体。实验发现,反应温度、反应时间和体系中的含水量都对空心结构有影响。4.液相法合成氧化亚铜-金核壳纳米球和银-铜核壳纳米材料(a)室温条件下合成CuO2-Au核壳纳米球,该方法具有简单易行,反应时间短的特点。首先通过N2H2和Cu(NO3)2的反应得到CuO2纳米球,然后加入HAuCl4水溶液,HAuCl4与体系中过量的N2H2反应,Au3+还原为Au单质,以CuO2纳米球为“种子”,在其表面生成出一层Au单质壳层结构。同时HAuCl4带入的H+可以与作为“种子”的CuO2反应,CuO2的表面逐渐被消耗,核与壳之间的空隙逐渐生成,最终生成核与壳分离的CuO2-Au核壳纳米球。(b)在PVP作为表面活性剂的溶剂热反应体系中,DMF既做溶剂又做还原剂,合成了Ag-Cu核壳结构纳米材料。通过对不同反应阶段所得产物的TEM和XRD分析,可以推测在溶剂热反应体系中,单质Ag先被还原出来作为成核中心,使新生成的Cu2O附着在其上面生长,形成核壳结构。随着反应时间的延长,Cu2O逐渐被还原为单质Cu,同时伴随着奥氏熟化过程,逐渐生成Ag-Cu核壳结构纳米材料。