纳米氧化亚铜的制备和性能研究(2)
本文采用自组装制备纳米氧化亚铜，采用水合肼为还原剂还原硫酸铜，实验中通过调节物理化学条件，利用高分子表面活性剂，充当调控氧化亚铜粒子成核与长大的模板，最终形成不同的自组装结构。利用紫外可见吸收光谱（UV-Vis）、利用X射线衍射(XRD)对产物进行了表征。最后探讨了相关因素的变化对生成纳米氧化亚铜的影响。
高分子表面活性剂的特性：其具有很好的分散能力、胶体保护能力、增溶能力、优良的成膜性和粘附性。实验条件不同，溶液中的高分子表面活性剂可以形成不同的自组装结构。这些自组装结构在金属氧化物的制备过程中充当晶粒生长的软模板，晶粒在其表面生长，故而其对晶粒的生长起到重要的控制作用。因此自组装法制备氧化亚铜具有明显的优势。
本文采用的高分子表面活性剂为聚乙二醇和十二烷基苯磺酸钠。实验中通过调节聚乙二醇和十二烷基苯磺酸钠的相对含量获得氧化亚铜不同的晶粒粒度。分别选用水浴和微波两种不同加热方式对溶液加热。在不同温度下，改变硫酸铜溶液的浓度，用 0.5mol•L-1水合肼还原，成功制备出氧化亚铜晶体。
结果表明，硫酸铜溶液的浓度、溶液的 pH 值、加热方式、高分子表面活性剂的选择以及不同高分子表面活性剂的相对含量等因素对氧化亚铜的晶粒尺寸有着直接的影响，因此，通过调节这些物理化学条件，可以实现对氧化亚铜形貌和尺寸的有效控制。
1.1 氧化亚铜的应用
氧化亚铜是一种重要的无机化工原料，其日益显示出性能的优越性，应用领域越来越广泛。例如，它在有机合成中作为催化剂，催化性能优良；在电子器件等方面，它用作整流器材料[3]。纳米级的氧化亚铜由于量子尺寸效应，从而具有特殊的光学、电学及光电化学性质，因此其有可能在传感器、太阳能电池、电致变色、制氢和超导体等方面有应用前景；在环保方面，纳米氧化亚铜在降解处理有机污染物方面的应用有了显著的发展[4]。
在光催化分解方面，氧化亚铜是一种P型半导体，禁带宽度约为2.2eV，带隙较窄。吸收光子的波长在可见光波段(390nm - 780nm)范围内，因此在太阳光的照射下，氧化亚铜可以发生光催化反应，由于这种特性，它被视为一种极具潜力的光催化剂[5]。
1.2 纳米氧化亚铜的制备
纳米氧化亚铜的常用制备方法具体可分为：
㈠干法制取氧化亚铜：粉末冶金烧结法、氧化铜火法还原法、低温固相法、电化学法制备氧化亚铜
㈡湿法制备氧化亚铜：水热／溶剂热法、溶胶-凝胶法、微乳液法、液相还原法
㈢自组装制备氧化亚铜晶体
前两种方式制备过程复杂，而自组装制备氧化亚铜晶体过程简单，且晶粒尺寸可控，是一种较为理想的方法。
1.2.1干法制取氧化亚铜
干法有粉末冶金烧结法、火法还原法和低温固相法等。
粉末冶金烧结法
粉末冶金烧结法制取氧化亚铜具体过程是将铜粉和氧化铜混合密闭锻烧。在煅烧过程发生如下反应：
CuO + Cu→ Cu2 O
这种方法劳动强度大、能耗高、反应条件不易控制，由于加入铜粉，因而不易得到高纯度、粒度细的氧化亚铜粉末。氧化亚铜的粒度的提高取决于原料中Cu 粉和 CuO 粉的晶粒度，另外原料在煅烧后会形成板结，很难分散[6]。
氧化铜火法还原法
这种方法的具体过程是将 CuO 粉在 H2或液化石油气的还原气氛下，使其失去部分氧，将 CuO还原成 Cu2O，但这个过程可能伴随有 Cu2O 还原生成 Cu 的反应，例如用 H2作为还原剂发生的还原反应为：
2CuO + H2 →Cu 2O + H 2O
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