非水体系Cu(OH)2纳米晶的合成和表征开题报告

1. 研究目的与意义

研究开发纳米氢氧化铜将具有重要的现实意义。氢氧化铜是广泛应用于植物(果树、蔬菜、农田作物)病害防治的广谱杀菌剂，也是无机铜制剂中的一枝新秀。它能进入病菌细胞内，将病菌杀死，但不能进入植物细胞，对作物安全，是农业部列入无公害农产品生产推荐使用品种之一。纳米技术的发展为氢氧化铜的应用提供了更为广阔的市场前景。纳米氢氧化铜具有纳米材料的小尺寸效应，比表面积急剧增大，表面原子和体相原子相当，表层原子活性大大提高，游离出来的活性铜离子成倍增加。同时，纳米氢氧化铜悬浮剂喷洒均匀，持效期长，用量低，防止土地碱化，降低了喷洒劳动量。因此纳米氢氧化铜杀菌剂能够取代传统的波尔多液，并且杀菌效果有了质的飞跃，具有良好的社会效应和经济效益。此外，Cu(OH)₂还是制备铜氧化物纳米材料的一种重要前驱物，通过适当热处理可以得到CuO,、Cu₂O等应用更广泛的功能材料。

2. 国内外研究现状分析

对cu(oh)₂纳米材料的研究得到越来越多人的关注，近年来国内外制备纳米材料cu(oh)₂的方法主要有以下几种：

(1)湿化学法

广义湿化学法是指有液相参加、通过化学反应制备材料方法的统称，常用方法有沉淀法、溶胶一凝胶法、水热法等。该方法的特点是反应条件温和、成本低、操作简单，产物的形貌、组成及结构易于控制，适用面较广。 cheng等在室温条件下向cuso₄5h₂o， h₂o₂（辅助剂)混合水溶液中快速加人naoh溶液，搅拌15 min,离心洗涤得cu(oh)₂纳米线。研究发现，cu(oh)₂纳米线的形貌可通过h₂o₂的浓度来调节，高浓度的h₂o₂可得到更长的cu(oh)₂纳米线，同时h₂o₂还能促进cu(oh)₂的重结晶和定向生长。lin等以cuci₂2h₂o为铜源，在回流条件下通过调节树状胺(简记cl₈n₃)和nh₄cl的浓度以及反应温度控制合成盘状、带状、线状、棒状和海胆状的cu(oh)₂纳米结构。在该反应中cl₈n₃是一种面选择性表面活性剂，在控制产物形貌方面有着重要作用。kameyama等以cu(no₃)₂(0.2 mol l^-1)和naoh(0.2 mol l^-1)为原料，在y型管式反应器中混合，反应产生沉淀，然后将其置于0.2 mol l^-1naoh溶液中在一定温(5,20,30,40℃)条件下搅拌1h，离心、洗涤、真空干燥得到最终产物。研究结果表明:在温度为5,20℃时产物为cu(oh)₂纳米线;在30℃时为cu(oh)₂/cuo混合物;在40℃时产物全部转化为cuo，且产物尺寸随温度降低而减小。singh等采用湿化学法，cu(no₃)₂(0.2 mol l^-1)为铜源，通过与不同浓度(0.1, 0.25, 0.50, 0.75, 1.0mol l^-1)naoh反应制备了纳米线、纳米带、纳米片等多种形貌的纳米cu(oh)₂，并将产物在80℃下加热0.5 h得到相应形貌的纳米cuo。wang等将cuso₄ 5h₂o溶于蒸馏水中，搅拌条件下快速加人一定量氨水，15 min后边搅拌边逐滴滴加naoh溶液，此时有蓝色沉淀生成，继续搅拌15 min后，将沉淀洗涤、过滤,35℃下干燥24 h得到最终产物。研究发现产物为直径约8 nm、长达数百微米的cu(oh)₂纳米线。研究还发现s0₄^2-的浓度过低易形成cu(oh)₂纳米粒子;nh₃浓度过高也易形成cu(oh)₂纳米粒子;ph值大于8时仅仅获得不规则的cu(oh)₂纳米线，而若naoh浓度高于4mol l^-1，则只能获得cu(oh)₂纳米粒子。

3. 研究的基本内容与计划

由于一般的方法下存在无法控制体系ph值的不足，产品的收率很低，并且产物在沉淀、过滤过程中易出现二次凝聚现象，所以本实验以cucl₂为原料，氨水为沉淀剂，通过加入尿素来控制体系中的ph值，同时也用来控制水的含量，以达到提高cu(oh)₂收率以及纯度的目的。并利用红外和tem对合成的纳米氢氧化铜进行结构分析和形貌表征进行对比，并探讨出最佳的实验条件和合成方法。本实验分为：1、控制体系中水含量来合成纳米氢氧化铜；2、红外紫外光谱及sem、tem分析纳米氢氧化铜。

具体实验方案：将cucl₂配制成1 mol/l的水溶液，并加入聚醚作分散剂，于30 ℃~80℃充分搅拌15min，然后缓慢滴入0.2 mol/l的氨水20 ml，滴加不同浓度的尿素控制ph值，充分反应一段时间后，继续陈化30 min，最后抽滤;抽滤具体操作为:用蒸馏水洗涤2次，抽滤;再用无

水乙醇洗涤2次，再次抽滤;然后让其自然干燥，研磨，得纳米cu(oh)₂固体。

4. 研究创新点

一般的制备方法均存在以下不足:如凝胶化现象会给产品的过滤洗涤造成很大困难;体系的pH值不易控制，产品的收率低;产物在沉淀、过滤过程中易出现二次凝聚现象，最终无法得到纳米级超细粒子。同时，氢氧化铜不稳定，受热易分解为氧化铜，特别是在碱性条件下，更容易变质，所以对合成的氢氧化铜进行必要的洗涤显得尤其重要。氢氧化铜的颗粒大小直接关系氢氧化铜洗涤的次数及最终的洗涤效果，针对此问题，本实验提出了在非水体系中合成纳米氢氧化铜的方法，又考虑加入氨水控制PH值，易于对氢氧化铜的分离，又可以提高产率，使反应可以更好控制。