晶体结构与生长条件对铜氧化物纳米枝状形貌形成与演化的协同作用

Different morphology and structure of nano Cu2O dendritic crystals and nano CuO dendritic crystals will be prepared by hydrothermal method. The effect of environmental factors on the dendritic morphology will be systematically investigated by changing and adjusting the solvent, reducing agent, morphology controlling agent, reactant type and amount, adjusting the pH value of reaction system, reaction temperature and cooling rate, reaction time and other conditions of crystal growth. The morphology and structure of Cu2O and CuO dendritic crystal will be tested and revealed by X-ray diffraction, electron backscatter diffraction, high resolution transmission electron microscopy and selected area electron diffraction pattern. Exploring the influence of changes in environmental conditions, characteristics of different net in the crystal structure of Cu2O and CuO, periodic bond chian distribution in different crystallographic orientation on the formation and evolution of dendritic morphology. It is important significance to clarify the synergetic effect of crystal structure and environmental factors on the formation and evolution of dendritic crystals, and it is important significance to clarify the structure and physical chemistry of the synthesis process. It is to lay the foundation for the controlled synthesis of nano dendritic crystal.

采用水热法，以醋酸铜等可溶性铜盐为原材料、乙醇等不同有机物为溶剂、酒石酸（盐）或还原性糖类为还原剂和缓冲剂，借助不同的酸、碱来调节反应体系的pH值，通过改变反应物的种类和用量、调整反应体系的pH值、晶体的生长温度与时间、体系的降温速率等条件来制备不同形貌和结构的纳米级铜氧化物枝状晶体。利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、电子背散射衍射仪、高分辨透射电镜等仪器设备，系统测试分析铜氧化物枝状晶体的形貌与结构。探索环境条件的变化、铜氧化物晶体结构不同面网的特性、不同结晶学方向键链分布特征对枝状形貌形成和演化的影响。对阐明晶体结构和环境因素对枝状晶体形成与演化的协同作用以及合成过程中的结构和物理化学问题具有重要的意义，为枝状纳米晶体的可控合成研究奠定基础。

晶体的形貌控制和生长机理研究是无机合成中的热点问题，也是现代新材料研究的基础问题。但在非平衡条件下，晶体结构与环境条件对枝状形貌的形成及演化的协同作用仍然不够清晰。本项目以铜氧化物为对象开展了系统的研究。.（1）以糖类、醇类、有机酸等作为还原剂，在碱性条件下采用水热法，通过控制温度、铜源、还原剂以及溶液的pH值等实验参数，合成了不同形态的Cu2O单晶体及枝状形貌。以DMF为溶剂的热液条件下制备了三维十字形、空心及实心的Cu2O球晶。.（2）温度较低时，在高过饱和的碱性溶液中制备的Cu2O均为形态稍有差异的粒状晶体，三维枝状晶体主要形成于较高的温度和较低的过饱和碱性溶液中。恒温时间主要影响晶体的生长过程而影响晶粒的大小和形貌。不同铜盐的阴离子结构、形态、氧化-还原性以及表面吸附性能的差异也会影响Cu2O晶体的形貌。.（3）还原剂的用量增大，Cu2O晶体集合体由晶体结构控制的各向异性与对称性的球晶逐渐向各向同性球晶演变。SDS等表面活性剂有助于降低溶液的过饱和度、增加结晶质的表面扩散能力，有利于规则形态Cu2O晶粒的形成。反应过程中产生的气体是形成空心Cu2O球晶的重要原因。.（4）采用简易水/混合溶剂热法、混合碱媒介法制备了多个尺寸和形貌的CuO单晶体、枝状晶体以及球粒晶。.（5）CuO晶粒通过定向附着生长形成梭状或柱状纳米晶体，纳米晶体以自组装的方式逐步形成球粒晶；温度升高有利于CuO纳米晶粒由梭形→板柱状→板状的晶形变化；延长恒温时间有利于形成表面形态完好的球粒晶。.（6）晶体结构决定了晶体的形态及其对称性，而晶体生长条件通过影响体系的性质和晶体不同面网的性质干预晶体的生长过程，从而影响晶体颗粒的大小及形貌，形成不同形貌的铜氧化物枝状晶体和球粒晶。.（7）形貌不同的微纳米CuO球粒晶的最高光催化降解率高达96.56%，高的光催化降解率取决于球粒晶的形态、比表面积以及总孔体积。.研究成果丰富了晶体形貌学理论，为枝状晶体的可控合成研究奠定了基础。