TiO2/CuO纳米复合材料的制备及其表面润湿性能研究

摘要

本论文采用溶剂热法可控制备了具有不同微观形貌的氧化铜（CuO）纳米晶体，并进一步采用一步和两步溶剂热法分别制备了氧化钛/氧化铜（TiO2/CuO）纳米复合材料。研究了合成工艺条件对CuO晶体结构和性能的影响，以及复合工艺和Ti/Cu摩尔比对TiO2/CuO纳米复合材料结构和性能的影响，主要从以下几方面进行了探索性的研究工作。
　　通过溶剂热法可控制备了具有不同微观形态的CuO晶体。发现CuO晶体形态演变过程存在浓度、时间、温度和配比依赖性。研究结果表明，通过改变硝酸铜的浓度，CuO纳米晶体可以实现从纳米粒子到纳米梭到纳米花再到纳米花解体的晶形转变；通过控制反应时间，可以实现合成晶体从纳米线到纳米梭再到纳米花状结构的演变；通过控制反应温度，可以实现从碱式硝酸铜纳米梭到Cu(OH)2纳米花到CuO纳米花再到CuO纳米花解体的形态转变；通过控制Cu(NO3)2和NH3·H2O摩尔比，可以分别得到碱式硝酸铜纳米梭、CuO的纳米花、CuO纳米粒子团聚体、CuO海胆状微球等具有不同结构的材料。表面润湿性能实验结果表明，当Cu(NO3)2浓度为0.01mol/L，Cu(NO3)2与NH3·H2O摩尔比为1:4，130℃反应2.0h条件下制备的CuO纳米花的亲水性能最好，与水的接触角低至1.7°，氟化改性后的接触角高达164.4°，同时滚动角为1.3°。
　　以CuO纳米花合成工艺为基础，分别采用一步和两步溶剂热法制备了TiO2/CuO复合材料。研究发现，在低的TiO2加量下，采用一步溶剂热法和两步法均可以得到TiO2/CuO复合纳米花。一步法工艺中，钛酸四丁酯迅速水解形成大量的TiO2小粒子，为CuO的结晶提供了晶核，从而形成TiO2·Cu2(OH)3NO3和TiO2·Cu(OH)2中间体，并进一步形成TiO2/CuO复合材料；两步法中，TiO2粒子沉积在CuO纳米花表面形成TiO2/CuO复合纳米花。TiO2含量的增加会破坏TiO2/CuOⅠ和TiO2/CuOⅡ复合纳米花的结构。随着TiO2含量增加，与同一含量下合成的TiO2Ⅰ薄膜相比TiO2/CuOⅠ复合粒子薄膜亲水和疏水性能的增加幅度明显降低。随着TiO2含量的增加，TiO2/CuOⅡ薄膜的亲水和疏水性能逐步减弱，而且与同一含量下合成的TiO2Ⅱ薄膜相比TiO2/CuOⅡ复合粒子薄膜亲水和疏水性能的增加幅度明显降低。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 特殊润湿性

1.2 纳米氧化铜的合成及其表面润湿性能研究

1.3 纳米氧化物复合材料的表面润湿性能研究

1.4 本论文研究的内容、目的及意义

第2章 纳米CuO的合成及其表面润湿性能研究

2.1 引言

2.2 实验器材

2.3 实验步骤

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第3章 TiO2/CuO纳米复合材料的制备及其性能研究

3.1 引言

3.2 实验器材

3.3 实验步骤

3.4 产物的测试与性能表征

3.5 结果与讨论

3.6 本章小结

第4章 结论

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果