【摘要】：銅納米材料(包括納米線和納米粒子)擁有非常優(yōu)異的導(dǎo)電、催化和抑菌性能,而且價(jià)格非常低廉,有著廣闊的應(yīng)用前景。因此,銅納米材料的制備方法、形貌控制和性能調(diào)控成為近年來科學(xué)家的研究熱點(diǎn)。在本論文工作之前,胺類或羧酸類化合物被發(fā)現(xiàn)可以作為表面修飾劑,通過胺基或羧基基團(tuán)與銅配位,在液相化學(xué)還原法中控制銅納米晶的生長(zhǎng)和形貌。但迄今為止,尚未有工作研究利用同時(shí)含胺基和羧基的化合物作為表面修飾劑的情況。基于此,本論文工作首次利用氨基酸這一同時(shí)含胺基和羧基的天然化合物,作為銅納米材料合成的表面修飾劑,詳細(xì)研究了銅納米材料的液相化學(xué)還原法和所得銅納米材料的性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),氨基酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了制備所得銅納米材料的形貌。氨基酸側(cè)鏈為烷基或含N基團(tuán)時(shí),可以獲得銅納米線。而其他類型氨基酸則只獲得納米粒子。另外,側(cè)鏈基團(tuán)體積大小也影響了銅納米晶的形貌,體積大的傾向于生成納米粒子。進(jìn)一步的X射線光電子能譜研究發(fā)現(xiàn),不同的氨基酸,在銅納米材料表面有不同的配位方式。側(cè)鏈為烷基或含羥基時(shí),氨基酸通過自己胺基和羧基與銅配位,而且羧基是以單齒方式配位的。氨基酸側(cè)鏈含有羧基時(shí),兩個(gè)羧基以雙齒螯合方式同時(shí)與銅配位,但胺基不參與配位。氨基酸側(cè)鏈含有另一胺基時(shí),羧基以雙齒螯合方式與銅配位,同時(shí)側(cè)鏈的胺基與銅配位。這些研究發(fā)現(xiàn),加深了對(duì)修飾劑分子與銅納米晶表面原子之間相互作用(包括結(jié)合方式和結(jié)合強(qiáng)弱)的理解,具有理論價(jià)值。另外,研究還發(fā)現(xiàn),氨基酸修飾的銅納米材料具有非常優(yōu)異的抗氧化性。而且,氨基酸的多官能度,特別是存在未配位的第三官能團(tuán),提高了銅納米材料的溶液分散性能,也為進(jìn)一步修飾銅納米材料提供了可能的活性位點(diǎn)。以上研究表明,氨基酸是一類非常優(yōu)秀的銅納米材料修飾劑,不但容易實(shí)現(xiàn)銅納米材料的形貌可控和多樣化制備,而且極大改善了銅納米材料的抗氧化和溶劑分散性能。更重要的是,氨基酸價(jià)格低廉,天然無毒,因此本論文工作所開發(fā)的銅納米材料制備方法潛在著良好應(yīng)用前景。
【圖文】：

氫化鈉(NaBH)、抗壞血酸等在液相中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將 Cu2+離子還 Cu 原子，并生長(zhǎng)為不同形貌的納米 Cu。由于納米級(jí)粒子的表面能高，極易團(tuán)聚，為很好地控制其穩(wěn)定性、分散性寸及形貌，通常需要加入表面修飾劑如聚合物、表面活性劑、胺類化合物以酸及其衍生物等對(duì)納米銅的形貌進(jìn)行調(diào)控[49]。.2.1.1 液相化學(xué)還原法制備銅納米線Zeng 等[50]人在堿性溶液中以 Cu(NO3)2為銅的前驅(qū)體，N2H4·H2O 為還原劑二胺(C2H4(NH2)2)為表面修飾劑合成了半徑 90～120nm、長(zhǎng)度為 40～50μm長(zhǎng)納米線，，作者發(fā)現(xiàn)有 Cu(NO3)2、N2H4·H2O、C2H4(NH2)2的比例以及反應(yīng)度都是影響銅納米線形貌的因素，進(jìn)而推動(dòng)了水熱法制備銅納米線方面的。圖 1.1 為 Zeng 等人制備的銅納米線的掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子鏡（TEM）圖片。

作為還原劑，在水為溶劑的條件下室溫?cái)嚢柽^夜，然后在100℃溫度下反應(yīng)6 h，最終得到了平均直徑僅為24+4 nm的銅納米線，使銅納米線的長(zhǎng)徑比上升了一個(gè)層次。圖1.2為Xia等人制備的銅納米線的X射線粉末衍射（XRD）譜圖和SEM與TEM圖片。圖 1.2 銅納米線的 XRD 譜圖以及 SEM 和 TEM 圖片[53]Yan等[54]人以CuCl2作為前驅(qū)體，PVP作為表面修飾劑，N2H4·H2O作為還原劑，在乙醇為溶劑80℃溫度下，通過不斷將前驅(qū)體和表面修飾劑混合液與還原劑同時(shí)抽入反應(yīng)槽進(jìn)行大量合成銅納米線，并將合成的銅納米線制備透明導(dǎo)電膜，為大量生產(chǎn)銅納米材料提供了技術(shù)指導(dǎo)。圖1.3為Yan等人使用的銅納米線制備裝置示意圖。圖 1.3 銅納米線制備裝置示意圖[54]
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1;O614.121

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2580076