氧化亚铜的颜色

低温液相法制备铜及氧化亚铜

于洪枫;孙芳;王学文;陈荣浩;张悦

【摘要】在碱性条件下,以硫酸铜为铜源,水合肼为还原剂,利用常温液相合成法制

备了金属铜和氧化亚铜纳米材料.通过控制变量法,研究反应时间、水合肼的量对生

成物的影响,并采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对样品进行表征.实验结

果显示:反应时间短,水合肼用量少,有利于氧化亚铜的生成;反应时间长,水合肼用量

多,有利于单质铜的生成.

【期刊名称】《哈尔滨师范大学自然科学学报》

【年(卷),期】2015(031)005

【总页数】3页(P73-75)

【关键词】纳米材料;液相法;硫酸铜

【作者】于洪枫;孙芳;王学文;陈荣浩;张悦

【作者单位】牡丹江师范学院新型碳基功能与超硬材料省重点实验室;牡丹江师范

学院新型碳基功能与超硬材料省重点实验室;牡丹江师范学院新型碳基功能与超硬

材料省重点实验室;牡丹江师范学院新型碳基功能与超硬材料省重点实验室;牡丹江

师范学院新型碳基功能与超硬材料省重点实验室

【正文语种】中文

【中图分类】O614.121

0引言

铜(Cu)纳米粉体由于具有比表面积大、电阻小、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应

等特点，使其具有与常规材料不同的一些新特性，在固体润滑剂、电子浆料、陶瓷

材料和化工催化剂等材料的制备中有广泛应用［1-4］.同时，纳米铜粉具有很好的

吸附性能，可以作为粘结剂的添加剂;在生物工程中，纳米铜粉可用作细菌的过滤

器等［5］.其中氧化亚铜(Cu2O)是一种重要的无机化工原料，在涂料、玻璃、农

业以及工业催化等领域具有广泛的用途［6-9］，还可用作半导体光催化剂［10］、

光电子转换材料［11］、锂离子电池的负极材料［12］，太阳能电池吸收层材料

［13］等.可见，铜系纳米材料表现出的不同于宏观块体材料的物化性质，使其具

有极大的应用潜力.另外，铜具有含量丰富、价格低廉、毒性小的优点，为铜系纳

米材料的研究应用提供了坚实的经济和环境基础.

近年来，人们已经能够利用多种方法实现对纳米材料的控制合成，然而高性能纳米

材料的制备往往对合成条件有很高的要求，普遍存在高成本、低产量的现象，这就

在某种程度上限制了纳米材料工业和商业化的进展.因此，如何降低生产成本，研

发设计新的合成工艺，做到方便快速、简单易行的实现对纳米材料的制备，是当今

纳米材料学科发展需要突破的新方向.该文利用简单的液相反应，以硫酸铜和氢氧

化钠为原料，以水合肼为还原剂，在常压低温条件下通过沉淀法制备出单质铜及氧

化亚铜纳米材料，从而探讨具有快速高效、简单易行、有利于实际应用的合成方法.

1实验部分

1.1主要试剂

硫酸铜(CuSO4)，水合肼(N2H4·H2O)，氢氧化钠(NaOH)等化学试剂均为分析纯，

所有试剂均没有进一步纯化.

1.2实验步骤

室温下，在一定浓度的CuSO4溶液(0.06mol/L)中，快速搅拌的同时加入一定浓

度的NaOH溶液，然后再加入25%的N2H4·H2O溶液，反应一定时间后，将产

物水洗、抽滤，并在50℃烘箱中烘干，研磨收集.通过控制N2H4·H2O的量，可

以分别得到Cu2O和Cu纳米材料.

1.3表征方法

(1)X射线衍射(XRD)测试:采用RigakuD/max-ШB型衍射仪，CuKα(λ

=1.5406Å)靶.通过对样品的衍射峰的位置和强度进行归一化后与标准粉末衍射

PDF卡片JCPDS进行比较，可以获得样品的晶相，从而实现样品的定性分析.

(2)扫描电子显微镜(SEM)测试:采用HITACHIS-4800型仪器进行样品形貌的分析.

2结果与讨论

在实验过程中，利用简单的水相还原反应，在室温下制备出了Cu和Cu2O纳米粒

子，并分析各种实验条件对样品的结构和形貌的影响.

2.1水合肼用量对产物的影响

当CuSO4溶液浓度一定(0.06mol/L)以及反应时间一定(10min)时，加入不同量

的水合肼进行反应.首先，利用XRD对所得样品的组成结构进行了表征，图1是不

同量水合肼所得样品的XRD谱图:曲线a为0.5mL，b为1.0mL，c为2.0mL，

d为4.0mL.从图中，可以得知:当水合肼的量为0.5mL和1.0mL时，产物为

Cu2O;当水合肼的量为2.0mL时，产物为Cu2O和Cu的混合物;当水合肼的量为

4.0mL时，产物为Cu.结果表明，当还原剂水合肼的量较少，在短时间内产物以

氧化亚铜为主，当还原剂水合肼的量较多，以单质铜为主.在实验过程中，观察到，

将还原剂加入到体系中后，体系的颜色马上变成了砖红色，即氧化亚铜的颜色，说

明铜盐被还原成了氧化亚铜;当还原剂的量增加到一定程度，体系的颜色会从砖红

色转变为紫红色，即单质铜的颜色，表明还原反应进行完全.

图1不同水合肼的量所得样品的XRD谱图(a)0.5mL(b)1.0mL(c)2.0mL(d)4.0

mL

利用SEM对不同量水合肼条件下所得样品的形貌进行表征，如图2所示，当水合

肼的量为0.5mL时，得到氧化亚铜晶体的形貌为八面体，粒径较小，如图2(a)所

示;当水合肼的量为1.0mL时，得到氧化亚铜晶体的形貌仍为八面体，但晶体尺寸

长大，如图2(b)所示;当水合肼的量为2.0mL时，得到的样品形貌为单质铜和氧

化亚铜的混合物，从图中可以看到有较大的粒子和较小的不规则的粒子，如图2(c)

所示，一般认为当还原剂量较多时，氧化亚铜被还原成铜的过程中，其晶体结构会

崩塌，进而形成分散开来的较小的铜纳米粒子;当水合肼的量为4.0mL时，得到的

样品形貌主要为较小的纳米粒子，如图2(d)所示，说明此时氧化亚铜已被完全还

原成铜纳米粒子.

图2不同水合肼的量所得样品的SEM图(a)0.5mL(b)1.0mL(c)2.0mL(d)4.0mL

2.2不同反应时间对产物的影响

CuSO4溶液浓度一定(0.06mol/L)和水合肼的量一定(0.5mL)时，反应不同时间

对产物具有显著的影响.当还原剂水合肼加入后，大约5min变为砖红色，随着时

间的延长，颜色逐渐加深，最后为紫黑色.图3中曲线a和b分别对应反应时间10

min和120min所得产物的XRD谱图.从图中可知:当反应时间为10min时，产

物为Cu2O;当反应时间为120min时，产物为Cu.可见，随着反应时间的延长，

可进一步将Cu2O还原为Cu.图4给出了不同反应时间所得样品的SEM图片，从

图中可以观察到，短时间内所得的样品为粒径较大的类八面体结构，如图4(a)，

长时间所得样品为粒径较小的不规则的球形结构，如图4(b).

图3不同反应时间所得样品的XRD谱图(a)10min(b)90min

3结束语

从以上结果可知，还原剂水合肼的用量和反应时间对还原速度和产物的形貌均有影

响.当还原剂用量较小时，还原反应速度慢，还原产物为氧化亚铜，当还原剂用量

较大时，还原反应速度快，初步还原得到的八面体结构的氧化亚铜粒子可以很快地

被还原为粒径较小的不规则铜纳米球形粒子;反应时间短时，还原产物为八面体结

构的氧化亚铜，随着反应时间的延长，氧化亚铜进一步还原为球形铜纳米粒子.

图4不同反应时间所得样品的SEM谱图(a)10min(b)90min

参考文献

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