铜纳米材料的制备

纳米铜由于其独特的物理化学性质以及在光学、电子、催化、抗菌、润滑、聚合物填充改性等领域的广泛应用得到了人们越来越多的关注。近年来研究者已经利用多种合成方法制备了不同尺寸和形貌的铜纳米材料。本文综述了目前铜纳米材料的几种常用的制备方法,包括化学还原法、微乳液法、多元醇法、有机前驱体热分解法、电化学法等,评述了这些方法的优缺点。在化学还原法中配体对无机纳米材料的表面修饰起着至关重要的作用,因而我们详细介绍了不同分子配体在铜纳米材料尺寸和形貌控制以及表面功能化等方面的特点和作用。最后结合本课题组在纳米材料制备方面的工作,对铜纳米材料的发展进行了展望。     

化学还原法制备纳米铜

以硼氢化钾为还原剂、硫酸铜为氧化剂并添加PVP等辅助材料,采用还原法成功地制备了改性酚醛树脂用纳米铜.通过XRD和TEM对纳米铜进行了表征.结果显示,纳米铜呈球形,粒径为10～50 nm.探讨了BH₄^-与Cu²⁺的反应历程,认为该反应是分三步进行的:第一步是铜的还原反应;第二步是生成的H⁺分别与BH₄^-和OH^-的反应,这是一对竞争反应;第三步是硼的水解反应.在反应过程中,硼氢化钾与硫酸铜消耗的摩尔比为2:1.     

电化学沉积制备纳米结构铜电极及其葡萄糖检测性能

利用电化学沉积法制备了高电活性的纳米结构铜电极材料, 采用扫描电子显微镜和电化学方法分别对电极表面形貌和电化学性能进行了表征, 研究了实验参数对葡萄糖电氧化活性的影响. 结果表明, 改变沉积条件可以调控沉积铜的形貌及电催化活性. 在最佳条件下制备的铜纳米结构电极对葡萄糖检测的灵敏度为1310 μA·L/mmol, 检出限为5.0×10^-7 mol/L(S/N=3).     

生物凝胶电镀法制备铜纳米多孔膜

采用生物凝胶电镀法制备铜纳米多孔膜。 电镀电压为5 V,阳极为铜片,实验探究了电镀液成分、电镀时间、阴极衬底及沉积电压对电镀层表面形貌的影响。 采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对样品形貌和晶型进行表征,得出制备铜膜的最佳条件。 结果表明,电镀的铜膜颗粒尺寸在100 nm左右,晶粒平均尺寸为25 nm,存在较强的(111)织构,而且XRD结果表明,附着的壳聚糖凝胶对铜膜有保护作用,防止其被氧化。 同时采用电化学工作站对其过程中的电镀电流进行实时测量,电流变化曲线表明电镀进行到一定时间后,电流趋于一个很小的稳定值,壳聚糖凝胶阻止了镀液中铜离子的进一步沉积。     

微米/纳米结构对氟硅烷修饰氧化铝表面疏水性能的影响

以多孔氧化铝膜为基板,用NaOH溶液进行化学腐蚀,控制适当的条件,得到氧化铝微米/纳米表面结构.用氟硅烷分别修饰光滑氧化铝膜、多孔氧化铝膜及其微米/纳米结构表面,进行接触角测试、XPS成分分析和SEM结构表征.结果表明,氟硅烷修饰的微米/纳米结构表面对水的接触角(149°±2°)比光滑表面(101°±1°)和纳米孔洞结构表面(141°±2°)都高.     

基于纳米铜涂层的超浸润织物的制备及应用——推荐一个化学科普实验

纳米材料功能化的新型织物因具有抗污、防水等特性,得到了广泛应用,但背后的原理却少有了解。本实验通过铜还原反应,在织物表面生成纳米铜涂层,得到超疏水织物;通过氧化处理,使织物展现出水下超疏油、油下超疏水性。通过展示铜超浸润织物的特性,并结合多种互动方案探究背后的原理,具有重要的科普意义和价值。     

油基-金纳米流体的制备及热稳定性

分别采用N-十六烷基-N-(羟乙基)-N,N-二甲基溴化铵(CHDAB)和丁烷-1,4-二(N-十六烷基-N,N-二甲基溴化铵)(G16-4-16)2种阳离子表面活性剂作为金属表面修饰剂, 在石油醚/正丁醇/水混合体系中用KBH₄ 还原HAuCl₄制备出亲油性纳米金. 其中, 双子表面活性剂G16-4-16显示出更好的包裹分散作用, 其包裹的纳米金粒径分布范围较窄, 平均粒径为5.2 nm. 将该纳米金颗粒分散在液态烷烃、 甲苯和长链烷基醇等溶剂中可制成稳定的油基纳米流体. 采用紫外-可见光谱法跟踪热稳定性随时间的变化, 结果表明, 该纳米流体显示了较好的热稳定性, 在130 ℃稳定时间达20 h. 采用点热源法测定了该纳米流体的导热系数, 结果表明, 50 ℃时添加质量分数1.5%的纳米金可以使其导热系数增大约17%.     

双子表面活性剂修饰金纳米流体的制备及稳定性

以双子表面活性剂丁烷-1,4(N-十四烷基-N,N-二甲基)溴化铵为表面修饰剂,石油醚/正丁醇为溶剂,抗坏血酸为还原剂,在不同温度条件下一步法分别得到油基-金纳米流体和水基-金纳米流体.对纳米流体中悬浮纳米金属颗粒的形貌、粒径、光谱性质等进行了表征.结果表明,p H=7~8的冰水浴条件下制得的纳米金颗粒具有亲油性,粒径均一且分散稳定性较好.采用紫外光谱法分别考察了极性有机溶剂和热作用对油基-金纳米流体稳定性的影响.结果表明,极性有机溶剂添加量超过30%(体积分数)时,对纳米流体稳定性的影响显著;随着热处理温度的升高,纳米流体中分散的纳米金颗粒的稳定时间逐渐缩短.     

乙二醇表面改性纳米二氧化钛的制备及其对水性聚氨酯的改性

以乙二醇(EG)和钛酸四丁酯(TBOT)为原料,采用原位表面修饰方法成功制备了乙二醇表面改性纳米TiO2(EG-TiO2);利用傅立叶红外光谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜表征了其结构,采用热重分析仪测定了其热稳定性.结果表明,经表面修饰的纳米二氧化钛在水性聚氨酯皮革涂饰剂(WPU)基体中分散良好;将EG-TiO2添加到WPU中能显著提高其抗紫外线性能、热稳定性及耐磨性能.     

帽状铜纳米粒子的制备及表面增强拉曼散射活性研究

采用真空热蒸发法在SiO₂纳米粒子自组装单层膜上沉积铜薄膜制备了帽状铜纳米粒子。用扫描电镜、原子力显微镜和紫外-可见-近红外分光光度计对帽状复合纳米粒子的表面形貌和光学性质进行了表征。以亚甲基蓝和吡啶-(2-偶氮-4)间苯二酚为探针分子,研究了该复合纳米粒子的表面增强拉曼散射(SERS)活性。通过比较吸附在不同基底上的吡啶-(2-偶氮-4)间苯二酚的谱峰强度,探讨了SERS效应与表面等离子体共振(SPR)的关系。     

氢氧化镁纳米片的合成及其润滑性能的研究

以硫酸镁和氢氧化钠为原料,油酸为表面修饰剂,采用原位合成的方法制备出了疏水性的Mg(OH2)纳米片.研究了反应温度、反应物浓度等因素对氢氧化镁纳米片平均粒径的影响.用X-射线粉末衍射(XRD)、红外(IR)和热重(DTA-TGA)及扫描电子显微镜(SEM),对制备出的Mg(OH)2纳米片的结构和形貌进行了表征,证实制备出的Mg(OH)2纳米片具有良好分散性,纳米片尺度为200～300nm,厚度10nm.摩擦实验证明Mg(OH2)纳米片可以作为润滑油中的添加剂来应用.     

铜纳米团簇的制备及在焦磷酸盐检测中的应用

以巯基丙酸(MPA)为还原剂和保护剂,制备了荧光铜纳米团簇(MPA-CuNCs),并利用Cu2+可以引起MPA-CuNCs的聚集诱导发光效应,进一步合成了Cu2+@MPA-CuNCs纳米复合材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱(FT-IR)等手段对材料进行了表征,结果表明成功合成了C...     

纳米铜修饰玻碳电极的制备及其对葡萄糖的催化氧化

在表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)的分散作用下,通过恒电位还原CuSO4在玻碳电极上沉积Cu,得到纳米Cu修饰玻碳电极(nano-Cu-GCE),该修饰电极对葡萄糖(Glu)的氧化具有明显的催化作用,利用该催化作用对Glu进行检测,通过研究沉积电位、沉积时间以及检测电位对电流信号的影响,优化了电极的制备条件和Glu的检测条件。沉积电位为-100mV,沉积时间8min。在检测电位400mV下,Glu在1.0×10-6~3.9×10-4mol/L范围内Glu电流与空白溶液电流值之差与其浓度呈线性关系,检出限为2.6×10-7mol/L(S/N=3),线性回归方程Δi(μA)=-1.02-125674.54C(mol/L),r=0.9981。抗坏血酸(AA)、对乙酰氨基酚(AP)和L-半胱氨酸(Cys)对Glu信号几乎无干扰。     

静电显影墨粉级纳米Fe_3O_4的制备及表面改性研究

以氯化亚铁为原料,采用空气氧化法制备适合静电显影墨粉用的磁性纳米Fe_3O_4微粒,分别用三乙醇胺、月桂酸钠、有机硅化合物对产品进行表面改性处理.利用X射线衍射仪、透射电镜、红外光谱仪、EDS能谱仪、热重分析仪、振动样品磁强计分析了改性后纳米Fe_3O_4磁性粒子的形貌、表面相成分及磁性能.结果表明,三种物质都可以包覆在纳米Fe_3O_4磁性粒子表面;包覆后粒子的平均粒径没有明显变化,对纳米Fe_3O_4的磁性能影响不大;同时由于表面包覆层的空间位阻和静电作用,限制了纳米Fe_3O_4磁性粒子的团聚,提高了磁性粒子的分散性和稳定性.     

纳米铜粒子制备及二次稳定的研究

选用硫酸铜为原料,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为稳定剂,以硼氢化钠为还原剂,采用液相还原法制备纳米铜颗粒。CTAB既是一种表面活性剂又是一种稳定剂。添加十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对制备的纳米铜溶胶进行二次稳定。考察铜盐及稳定剂对所形成的铜纳米粒子的稳定性的影响。通过紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪和透射电子显微镜等表征手段对纳米铜进行表征。结果显示,紫外吸收光谱在570nm处有纳米铜特征吸收峰,SDBS二次稳定后的纳米铜颗粒无论在形貌上还是分散性上都有所改善。XRD图谱通过Scherrer计算得出铜纳米粒子平均粒径为13nm,与透射图像分析吻合。     

铜/纳米金刚石复合物的结构及其对高氯酸铵热分解的催化作用

Nano-Copper and Cu/UDD (ultradispersed diamond) nanocomposites were separately prepared by reduction of CuCl₂ aqueous solution and that doped with 0.7%(weight percent) of ultra-dispersed diamond. The as prepared nano-crystals were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and electron paramagnetic resonance techniques (EPR). It was found that homogeneous nucleation dominated the aqueous reduction reaction at high concentration and the diameter of nano-copper decreased as the reaction time shortened, yet at lower concentration heterogeneous nucleation predominated and the doped UDD functioned as heterogeneous nucleation. Otherwise large number of free-radicals existed in the nano-composites. Both of nano-copper and Cu/UDD nanocomposites were strong catalysts for AP decomposition, with Cu/UDD being a more effective one. The higher decomposition temperature for AP was 119 ℃ lower than that without catalyst. And the exothermic quantity of decomposition was from 590 J·g^-1 to 1 400 J·g^-1 by mix 2% of the Cu/UDD nanocomposites.     

生物质纳米碳膜的制备及其电化学性能

将衰老叶片用H₂SO₄进行水热氧化得到氧化水合碳前驱体,前驱体经烘干研磨在KOH存在下进行碳化得到生物质纳米碳膜(LS-OCM),通过FT-IR,XRD、TEM、SEM、AFM、XPS及N₂吸附-脱附等测试手段对其材料组成和微观形貌进行表征。TEM、SEM及N₂吸附-脱附分析显示,制得生物质纳米碳膜材料(LS-OCM)既保留叶片原有的叶脉结构又形成丰富多级的孔道结构,比表面积约为450.7 m²/g,孔径分布较窄,平均孔径为3.8 nm; AFM分析显示,LS-OCM类似二维纳米膜,片层平均厚度在1.6 nm左右;XPS及XRD分析表明,该材料中C主要以C=C形似存在,为类石墨烯碳膜。电化学性能分析表明,在电流密度为0.25 A/g下,LS-OCM比电容为262.58 F/g,循环100圈,比电容仍然可达150.8 F/g,表明材料具有良好的稳定性。     

离子液体中铜纳米粒子膜的电沉积制备及表面增强拉曼光谱

采用恒电位方法研究了室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氟硼酸盐([BMIM]BF₄)中氧化铟锡(ITO)电极表面Cu的沉积过程. 结果表明, Cu²⁺在ITO表面经中间产物Cu⁺还原为Cu. 采用XRD和SEM对不同电位下沉积层的组成和结构进行了考察. 结果表明, 表面组成和结构与沉积电位有关. 在较正电位下沉积所得为Cu/Cu₂O的混合纳米粒子; 在较负电位下为Cu纳米粒子. 随着沉积电位逐渐变负, 其形貌经历了花状、 棒状向球形纳米粒子转变的过程, 且所得沉积膜逐渐变得致密, 其中Cu纳米粒子膜表现出较强的表面增强拉曼散射(SERS)活性, 并且SERS信号均一.     

电化学方法制备铜钴纳米多层膜

采用旋转圆盘电极、双脉冲电位法从单一的含有铜离子和钴离子的镀液中电沉积Ｃｕ－Ｃｏ纳米多层膜、并用ＴＥＭ．ＡＥＳ和Ｘ－射线衍射研究镀层的形貌和组成。结果表明：多层膜结构为纯铜和含有少量铜的铜钴合金层交替组成,铜在钴层中的含量,随镀液中的铜含量的增大和转速的提高而提高。