基于刻蚀机理制备氧化亚铜多级纳米结构及其性能研究

admin · 发表于 2022-5-28 11:51:35

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氧化亚铜纳米材料作为重要的p型半导体材料，在太阳能转换、电子学、催化剂、磁学存贮器和气体传感器等方面具有广阔的应用前景。本论文在传统液相合成氧化亚铜纳米结构的“自下而上”的实验思路的基础上，融入刻蚀机制这一特殊的“自上而下”的设计理念，制备出了多种不同形貌的氧化亚铜或其氧化物异质复合的纳米多级结构，并对相应结构的形成机理和有关特性进行了有益的探索。通过简单温和的水相还原反应，在表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的协同下合成了亚微米级枣核型多孔氧化亚铜纳米多级结构。通过改变盐酸的加入量可以实现纳米粒子尺寸在300nm-900nm范围可调。X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)分析表明，亚微米粒子由小于10 nm的晶粒构成。基于实验结果，我们提出生长—刻蚀竞争生长模型来解释枣核型空心多孔结构的形成机制，同时说明了尺寸调节机理。利用激光拉曼光谱仪研究了样品的光学性质，与相似尺寸的亚微米实心多面体的拉曼响应信号对比发现，枣核型空心多孔结构的拉曼光谱表现出新颖的特性。这些结果补充了氧化亚铜的拉曼光谱样本，对文物表面颜料的无损拉曼检测具有一定的指导意义。此外，简单研究了样品的表面增强拉曼(SERS)性能，结果证明枣核型多孔氧化亚铜纳米多级结构不仅对PMBA探针分子具有选择性，同时也表现出一定的SERS活性，该结果为半导体SERS机理研究提供了参考。在水热体系中，利用氧化柯肯达尔效应，以制备方法简单温和、重复性好的立方八面体Cu2O为基底，在NaOH溶液中通过自发的氧化过程合成出Cu2O/CuO异质毛刺空心多面体。通过调节NaOH的浓度等条件对产物形貌进行控制，并对反应过程和机理进行了分析讨论。在室温敞开体系中，采用氧化刻蚀机制，以相同的Cu2O多面体为前驱体，得到了选择性刻蚀(111)晶面为纳米级（110）晶面群的刻蚀多面体。通过改变刻蚀液的成分、刻蚀时间、搅拌速度等条件，实现对样品刻蚀程度的连续可控。样品的吸附性能与光催化性能表现出巨大的区别，基于纳米材料的量子尺寸效应给出了合理的解释。“自上而下”的刻蚀机制不仅对我们了解纳米材料合成提供了另外一个途径，同时也给理论分析纳米材料的形成本质原因提供了可能的理论指导。

基于刻蚀机理制备氧化亚铜多级纳米结构及其性能研究

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