不同表面活性劑對納米顆粒Cu2O外貌的影響

陳麗華，曹可生，黃德友

(平頂山學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，河南 平頂山 467000)

不同表面活性劑對納米顆粒Cu2O外貌的影響

陳麗華，曹可生，黃德友

(平頂山學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，河南 平頂山 467000)

實(shí)驗(yàn)利用液相法以葡萄糖為還原劑還原CuSO4制備納米顆粒Cu2O，產(chǎn)物SEM表征探討不同的表面活性劑對Cu2O形貌、粒度和分散性的影響。結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)表面活性劑為羧甲基纖維素鈉時，得到的晶體相對均勻，且大部分呈現(xiàn)為正方體；表面活性劑為聚乙二醇時，所生成的晶體有正方體、片狀體等，并且大小不等，有部分發(fā)生黏合的現(xiàn)象，其分散度不好；表面活性劑為四丁基溴化銨時，生成的晶體有正方體和球形等，且大小不等，均勻性差，分散度相對較好。

硫酸銅；還原法；Cu2O；表面活性劑

氧化亞銅是一種有特殊光學(xué)和磁性特性的P型半導(dǎo)體材料，它在太陽能轉(zhuǎn)化、微納電子器件、磁性存儲介質(zhì)、催化劑以及生物傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1-2]。近年來，隨著納米科技的發(fā)展，對氧化亞銅的研究引起了人們的重視，傳統(tǒng)制備方法，在產(chǎn)品分散性、形貌、粒徑等質(zhì)量指標(biāo)以及過程控制和工業(yè)化成本等條件上存在著某些缺陷[3]，最近研究發(fā)現(xiàn)采用還原法制備納米氧化亞銅[4-10]，此方法沒有毒性并且簡單易操作，非常符合當(dāng)前的綠色環(huán)保。實(shí)驗(yàn)以CuSO4銅源，選擇溫度為80℃，葡萄糖溶液濃度為 1.4 mol/L，在加入檸檬酸鈉和碳酸鈉的混合液的條件下，通過對產(chǎn)物進(jìn)行掃描電鏡表征來考察不同的表面活性劑對Cu2O形貌、粒徑、分散性等的影響，為制備均勻分散、粒徑均一且性能穩(wěn)定的納米級粒子提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器

試劑： 硫酸銅(AR，河南辰光化工生產(chǎn)) ;葡萄糖(AR，吳江市安富利精細(xì)化工生產(chǎn));檸檬酸鈉(AR，河南金海化工生產(chǎn)) ;無水碳酸鈉(AR，焦作維聯(lián)精細(xì)化工生產(chǎn));羧甲基纖維素鈉(AR，河南省億特化工有限公司);聚乙二醇(AR，邢臺盛達(dá)助劑有限責(zé)任公司);四丁基溴化銨(AR，上海盛達(dá)鑫化工)

儀器：SC-30恒溫槽(上海方瑞儀器廠)HD-902電子稱(石家莊雙飛電子廠),容量瓶、三口燒瓶、冷凝管、量筒、燒杯、膠頭滴管。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

硫酸銅具有弱氧化性，葡萄糖具有較強(qiáng)的還原性，葡萄糖還原Cu2+，主要是C5H12O6中的一CHO(醛基)起還原作用，在一定條件兩者能夠發(fā)生氧化還原反應(yīng)。其反應(yīng)式：

Cu(citrate)-(aq) + C5H11O5-CHO(aq)→ Cu2O(s) +C5H11O5COOH(aq)

實(shí)驗(yàn)選擇溫度為 80 ℃的溫度，葡萄糖溶液濃度為 1.4 mol/L，加入檸檬酸鈉和碳酸鈉的混合液[11]，探討不同的表面活性劑對Cu2O外貌的影響。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

準(zhǔn)確量取蒸餾水17.0 mL和硫酸銅(0.68 mol/L)1mL于三口燒瓶中，加入0.2g的表面活性劑(分別為羧甲基纖維素鈉、聚乙二醇、四丁基溴化銨)，電磁攪拌器攪拌15-20min后，再加入1mL配制好的檸檬酸鈉和碳酸鈉混合液溶(混合液中檸檬酸鈉為0.74 mol/L，碳酸鈉為1.2 mol/L)，反應(yīng) 10min。再緩慢地加入1mL 1.4 mol/L的葡萄糖溶液。上述混合液在80 ℃的溫度下保持2 h,而后取出冷卻到室溫。過濾，洗滌(用蒸餾水和無水乙醇)，并真空干燥，即得樣品，并用JEOL一2000Ex型透射電鏡對樣品貌情況進(jìn)行表征。

2 結(jié)果與討論

2.1 無表面活性劑加入

無表面活性劑加入時，反應(yīng)過程中加入檸檬酸鈉和碳酸鈉的混合液時，燒瓶內(nèi)的液體，很快變成深藍(lán)色，而加入葡萄糖溶液后，混合液內(nèi)緩慢地有淡黃色物質(zhì)生成，而后又變成褐色，最終變成磚紅色。過濾得到磚紅色固體Cu2O，用掃描電鏡進(jìn)行表征，得到下圖1，2和3。

圖2 無表面活性劑 放大10000倍SEM圖 圖3 無表面活性劑 放大15000倍SEM圖

由圖像可知：生成的晶體有正方體、六面體、四角形等形狀，且個體有大有小，所以無表面活性劑加入時，生成的晶體并不均勻。

2.2 表面活性劑為羧甲基纖維素鈉

當(dāng)加入的表面活性劑為羧甲基纖維素鈉(預(yù)先將其在燒杯中加熱溶解)，當(dāng)加入檸檬酸鈉和碳酸鈉的混合液時，燒瓶內(nèi)的液體，很快變成深藍(lán)色，而加入葡萄糖溶液后，藍(lán)色逐漸變淡而化為淡黃色之后又變?yōu)槿辄S色。過濾得到磚紅色固體Cu2O，用掃描電鏡進(jìn)行表征，得到下圖4和5。

圖4 加入 0.2g表面活性劑羧甲基纖維素鈉放大5000倍SEM圖 圖5 加入 0.2g表面活性劑羧甲基纖維素鈉放大10000倍SEM圖

由圖4-5可以看出：加入表面活性劑羧甲基纖維素鈉表征所得到的晶體大部分為正方體，且顆粒大小均勻，因而加入表面活性劑羧甲基纖維素鈉所生成的晶體相對于無表面活性劑時所生成的晶體分散性要好，并且粒度要小。

2.3 表面活性劑為聚乙二醇

當(dāng)加入的表面活性劑為聚乙二醇時，加入檸檬酸鈉和碳酸鈉的混合液，燒瓶內(nèi)的液體很快變成深藍(lán)色，而加入葡萄糖溶液后，溶液慢慢變黃，而深藍(lán)色漸漸消失成為土黃色，最終變?yōu)榇u紅色。過濾得到磚紅色固體Cu2O，用掃描電鏡進(jìn)行表征，得到圖6和7。

圖6 加入 0.2g表面活性劑聚乙二醇 放大5000倍SEM圖 圖7 加入 0.2g表面活性劑聚乙二醇 放大10000倍SEM圖

由圖6-7可知：加入表面活性劑聚乙二醇時，所生成的晶體有正方體、片狀體等，并且大小不等，有部分發(fā)生黏合的現(xiàn)象，因而其分散度不好。相對于加入表面活性劑羥甲基纖維素鈉生成的晶種其分散性和粒度不好。

2.4 表面活性劑為四丁基溴化銨

當(dāng)加入的表面活性劑為四丁基溴化銨時，加入檸檬酸鈉和碳酸鈉的混合液時，燒瓶內(nèi)的液體，很快變成深藍(lán)色，而加入葡萄糖溶液后，混合液內(nèi)緩慢地有淡黃色物質(zhì)生成，而又變成褐色最終變成磚紅色。過濾得到磚紅色固體Cu2O，用掃描電鏡進(jìn)行表征，得到下圖。

圖8 加入 0.2g表面活性劑四丁基溴化銨 放大5000倍SEM圖 圖9 加入 0.2g表面活性劑四丁基溴化銨 放大10000倍SEM圖

由圖8-9可知：加入的表面活性劑為四丁基溴化銨時，生成的晶體有正方體和球形等，且大小不等，均勻性差，分散度相對較好。

3 結(jié)論

無表面活性劑加入時，生成的晶體有正方體、六面體、四角形等形狀，且個體有大有小，所以無表面活性劑加入時，生成的晶體并不均勻。

加入表面活性劑聚乙二醇時，所生成的晶體有正方體、片狀體等，并且大小不等，有部分發(fā)生黏合的現(xiàn)象，因而其分散度不好；加入的表面活性劑為四丁基溴化銨時，生成的晶體有正方體和球形等，且大小不等，均勻性差，分散度相對較好；當(dāng)加入的表面活性劑為羧甲基纖維素鈉時，得到的晶體相對均勻，大部分呈現(xiàn)為正方體，并且分散性較好。

因而，制備Cu2O晶體時，表面活性劑羧甲基纖維素鈉相對于表面活性劑聚乙二醇、四丁基溴化銨和無表面活性劑得到的晶體粒度均勻，分散性好。

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(編輯：嚴(yán)佩峰)

The Influence of Different Surfactants on Cu2O Nanoparticles Appearance

CHEN Li-hua，CAO Ke-shen，HUANG De-you
(School of Chemistry and Environmental Engineering, Pingdingshan University, Pingdingshan 476000, China)

Cu2O nano particles were synthesized by liquid chromatograph to reduce Cu2O using CuSO4as Cu sourse and glucosey as reductant in this experiment. The products are characterized by SEM to examine different surface active agents effects on the seed morphology, particle size and dispersion under a certain reaction temperature. The results showed that: When adding surface active agent of sodium carboxymethyl cellulose, the crystal is relatively uniform and most showed cube in the experimental temperature of 80℃.When surface active agent of polyethylene glycol is added , the generated crystal is cube, flaky, vary in size, some occurrence of adhesion phenomenon and not good in dispersion.When surface active agent of four butyl bromide is added, the generated crystal is cube and sphere, vary in size, poor in uniformity and relatively good in dispersion .

CuSO4； reduction method； Cu2O; surface active agent

2016-11-15

陳麗華(1986—)，女，河南商城人，碩士，副教授，研究方向：天然產(chǎn)物化學(xué)

O614.121

A

2095-8978(2017)01-0116-04