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题目:氧化铜/氧化亚铜异质毛刺空心多面体的制备及性能研究

关键词:氧化亚铜,氧化铜,刻蚀机制,气敏,表面增强拉曼光谱

  摘要

微纳米多级结构材料因其结构的特殊多样性以及对材料功能化需求的满足而成为当今科学研究的热点,在众多的结构构建方法中,微纳米刻蚀加工技术占有很重要的地位。本论文在传统液相合成的基础上,引入精细刻蚀机制,制备出具有特殊微纳米结构的CuO/Cu2O复合微纳米框架结构,并对结构的形成机理和有关特性进行了有益的探索。通过氢氧化钠均相刻蚀液体系与水热反应体系的有机结合,对均相溶液反应获得的氧化亚铜模板进行精细化刻蚀,成功刻蚀出CuO/Cu2O异质微纳米框架结构,经形貌和物相表征,组成上包含CuO和Cu2O两种物相,结构上以微米级的框架作为支撑,以纳米级的棒状结构作为表面修饰,内部表现为空心结构,且通过表层棒状结构搭接构成的微孔与外界连通;基于实验结果,我们提出氧化刻蚀效应—柯肯达尔互扩散效应协同作用的模型来解释微纳米框架结构的形成机制;通过调节氢氧根的释放速率等因素,对反应机理进一步验证,同时获得独特的衍生结构。研究了CuO/Cu2O异质微纳米框架结构的气敏性能,以一氧化碳(CO)气体作为研究对象,并选用240℃作为气敏元件的工作温度,在此工作温度下,气敏元件的性能表现出了良好的稳定性和可逆性;此外,在不同浓度CO的作用下,Cu2O/CuO异质微纳米框架结构相对于单一的CuO或Cu2O表现出了更优异的气敏性能,并从异质界面附加的电子消耗层和结构的特殊性两方面对反应过程和机理进行了分析讨论;最后,针对实验中发现的低工作温度下电阻异常下降的现象进行分析,并将电阻的下降解释为低温下的电子无法克服电子消耗层形成的势垒,而在外部自发导电的过程。简单研究了CuO/Cu2O异质微纳米框架结构的表面增强拉曼(SERS)性能,结果表明,此样品对4-NBT表现出很好的表面增强拉曼活性;通过对特征峰的增强因子计算结果进一步验证了结构突出的SERS性能,并从化学增强模型和活性位点的角度解释了材料结构和组成对SERS性能的影响。