外加物理场下纳米氧化亚铜颗粒介观生长机理和介观晶体特性

Cuprous oxide (Cu2O) mesocrystals, as nanostructures formed by oriented crystallographical nanoparticles, show some excellent physical-chemical properties, such as photocatalysis. Typically, organic surfactants are used as steric agents or assemblers for Cu2O mesocrystals assembly. Unfortunately, organic surfactants that is difficult to be removed and seriously harmful for the physical-chemical properties of Cu2O superstructures and mesocrystals. Therefore, the realization of an organic-agent-free synthesis of clean Cu2O mesocrystals is highly interesting..Therefore, in this project, we first propose of a synthetic method for controling Cu2O mesocrystals assembly and its properties by external physical fields including strong magnetic field and electric filed, for which driving force can lead the effective rotation and oriential aggregation of these Cu2O nanoparticles or clusters due to abundant dangling bonds. The main ponits of investigation is summarized as follows: (i) study the meso-growth mechanism of cuprous nano-oxides under external physical fields; (ii)characterization of the microstructure and electronic structure of Cu2O superstructures and mesocrystals; (iii) exploration the relationship of the structure and properties of Cu2O mesocrystals. Furthermore, the mechanism of controlling the structure and properties of Cu2O superstructures and mesocrystals by external physical fields will be porposed..The development of clean, structure-controled Cu2O superstructures and mesocrystals with high specific surface area will contribute to develop a new method and theory for the oriential aggregation and meso-growth of Cu2O nanoparticles. The study is critical important for fundamental understand and potential applications of Cu2O superstructures and mesocrystals.

由纳米颗粒取向聚集生成的氧化亚铜（Cu2O）介观结构具有特殊微结构和高比表面积，表现出特异的光催化、气敏传感等性能。常规方法中使用有机表面组装剂引导下纳米颗粒组装成介观聚集体或介观晶体，因残留有机物的存在而严重影响其物理化学性能。本项目拟利用外加强物理场（外电场、磁场）取代有机组装剂，引导Cu2O纳米颗粒取向聚集，直至形成介观晶体，研究强物理场下Cu2O纳米颗粒取向聚集生长的动力学和热力学，确定Cu2O介观晶体的生长条件，揭示外加物理场对介观生长的作用机理，分析形成的介观聚集体和介观晶体表面和内界面的电子结构，阐明其结构对其光电特性、光催化等理化性能的影响规律，建立相应的数理模型，实现性能的调控。研究结果将丰富人们对纳米颗粒取向聚集的介观转变方式的认识，同时将为制备纯净的、结构和形貌可调控的、具有高比表面积的Cu2O聚集体和介观晶体提供理论指导和实验资料，具有重要的理论意义和工程应用前景。

相继开展了Cu2O和CuO介观生长特性研究，通过生长工艺的控制和外加物理场调控其晶面结构和形貌，研究了Cu2O和CuO介观生长机理和影响因素，并以Cu2O为模板，制备了多种贵金属、氧化物的纳米结构。经过4年研究，揭示了Cu2O和CuO介观生长机理，阐明在不添加有机组装剂条件下在外加强物理场Cu2O 纳米颗粒的介观生长机理，建立纳米颗粒取向聚集生长的数理模型，获得了纯净的、形貌与结构可控的Cu2O 纳米聚集体和介观晶体，具有优异的光催化性能和葡萄糖传感特性，以Cu2O为模板，制备了空心、花状、针状等特殊结构的纳米铜、氧化铜、硫化铜、贵金属和四氧化三铁等多种结构。. 完成论文发表25篇，其中第一标注研究论文16篇，第二标注论文7篇。申报国家发明专利7项，授权4项。部分研究成果获得2014年陕西省科学技术奖二等奖，2015年陕西省科学技术奖二等奖。培养与项目相关的研究生6名，其中博士3人，硕士3人。全面完成课题计划书中的研究任务和研究目标。. 这些材料已经在室内空气净化器、磁性胶囊污水处理剂等方面获得应用，部分成果已经在江苏扬州实现产业化。开发的具有异质结构的光触媒材料具有对有害气体的高效氧化转化效果，并将这种异质结构的光触媒材料成功负载在紫外光纤网的表面，高效地对空气中CO、甲醛等有害物质进行催化氧化，实现空气净化的目的。特点和优势表现在：1）实现室内有害空气的无毒化转化，由外来光源变为内光源，光在光触媒网中循环使用，无紫外光污染，利用率接近100%；2）快速高效对空气中CO、甲醛等有害物质进行催化氧化。. 在高分子水凝胶中制备了负载形貌及尺寸可控纳米磁性粒子的磁性胶囊，利用水凝胶吸收工业污水中的铜、铅、铬等重金属，同时纳米氧化铁可以有效催化转化污水中的有机物，开发出一套利用水凝胶磁性胶囊来连续、高效、深度降解工业废水中有机酚类物质污水处理工艺和成套的设备，突破国内外有机废水处理技术工业化的发展瓶颈。