论文部分内容阅读
纳米CuO及其复合氧化物在光探测和光化学、催化以及传感器领域具有潜在的应用价值。材料尺寸、形貌以及粒径分布对于其性能具有重要影响,因此,有必要研究合成不同粒度、形貌的CuO及其复合物纳米结构。本文采用表面活性剂辅助微波水热法合成了尺寸较小、形貌规整的CuO微/纳结构和采用沉淀法制备了CuO/ZnO纳米复合金属氧化物,考察了这些材料的气敏性能、光学吸收性能和对高氯酸铵（AP）分解的催化性能。这里,我们采用超声沉淀和微波水热两步法合成了具有不同尺寸和形貌的CuO纳米结构。采用XRD,TEM,SEM,UV-vis,FTIR等对制备的产物进行了结构表征。XRD结果表明所获样品均为具有单斜晶体结构的CuO。TEM和SEM结果表明通过控制反应条件可获得不同尺寸和形貌的CuO纳米结构。UV-vis结果表明CuO纳米结构表现出明显的量子尺寸效应,尺寸和形貌对样品的光学吸收性能有显著影响。通过试验发现较高的沉淀温度有利于生成尺寸较小的CuO纳米结构,但温度过高容易使生成的小尺寸纳米颗粒聚集-融合成较大的纳米球。另外,有机小分子助剂对样品的形貌也有影响。加入柠檬酸钠在一定程度上会抑制CuO沿一维方向生长,升高温度会进一步增强这种影响。通过TG-DTA热分析仪分别考察了CuO纳米带、纳米片、纳米叶和纳米棒对AP热分解的催化性能。试验结果表明,四种形貌的CuO催化剂对AP的高温分解温度依次降低了103.6, 122.5, 113.8, 99.1 oC。对不同形貌的CuO纳米结构的气敏性能测试表明,产物的形貌对产物的气体响应性能有一定影响。其次,以Cu（OH）42-为反应前驱物,采用一种或两种表面活性剂辅助微波水热法合成CuO分级结构。试验发现,在NaOH浓度和PEG-400浓度较低时经微波水热可获得由CuO纳米棒或纳米片构成的花簇状分级结构。同时增加碱和PEG-400的浓度则可获得形貌均匀的海胆状CuO分级结构,该结构表面排列的纳米棒之间被细线连接。进一步引入柠檬酸作为第二助剂可使CuO海胆状分级结构在低浓度的NaOH和PEG-400的体系中生成。TEM结果表明这些海胆状结构的表面紧密排列大量的CuO纳米管。另外,增加柠檬酸的用量可获得形貌更为均匀的海胆状分级结构,然而表面的针尖状管式结构却钝化成颗粒状突起。最后,以溶解有金属Zn2+的NaOH溶液即(Zn（OH）42-)作为沉淀剂,采用PEG-400辅助沉淀法制备出CuO/ZnO复合金属氧化物。沉淀反应温度对CuO/ZnO复合物的尺寸、形貌有显著影响。低温有利于合成粒子尺寸较大的结构,高温则有利于合成尺寸较小的粒子。考察了不同沉淀温度下合成CuO/ZnO复合金属氧化物对AP热分解的催化性能不同沉淀温度下合成CuO/ZnO复合金属氧化物对AP热分解的催化性能,四种样品S1-S4使AP的分解温度分别降低了156.7, 161.3, 157.1, 158.9 oC。样品的气体响应性能测试表明CuO/ZnO复合金属氧化物表现与单纯p-型半导体相似的气体响应-恢复行为。