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微米级氧化亚铜晶体的形貌控制及其表征 摘要：以硫酸铜、乳酸钠为原料，通过氢氧化钠调节反应溶液的pH值，在150 °C条件下水热合成不同形貌的氧化亚铜晶体应用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对氧化亚铜粉末进行了表征，并对氧化亚铜的生长机理进行了探讨。结果表明该粉体为微米级氧化亚铜，随着pH升高其形貌从枝状逐过渡到八面体，最终为立方体。通过水热法实现了对氧化亚铜晶体形貌可控0 引言 作为一种具有独特光磁学特性的半导体材料Cu2O）在太阳能转换、电子学、磁储存装置、生物传感及催化有着的应用[1-]。随着太阳能电池产业的飞速发展，利用半导体材料将太阳能直接转换为电能和化学能研究热点。氧化亚铜Cu2O）具有直接能带结构，禁带宽度为1.9 eV~2.2 eV；此外Cu2O具有无毒制备成本低理论效率较高因此Cu2O薄膜在太阳能开发和利用方面潜力[]。 近来，很多工作致力于控制合成Cu2O微米和纳米晶体结构。制备方法有水热法液相法电化学沉积法热分解声化学方法真空蒸发和液相还原金属盐等[8-1]。1 实验 1.1 材料及仪器 1.1.1 试剂 硫酸铜（CuSO4?5H2O，分析纯，上海振兴试剂厂），乳酸钠（分析纯，上海三爱思试剂有限公司），无水乙醇（分析纯），NaOH（分析纯，杭州萧山试剂厂）。 1.1.2 仪器 磁力搅拌器（江苏亿通电器有限公司），pH计（杭州仪表电机有限公司），高压釜（江苏省滨海县正红塑料厂），离心机（上海安亭科学仪器厂制备），电子天平（上海精密科学仪表有限公司）等。 1.2 实验方法 1.2.1氧化亚铜微米晶体的制备 称取0.99872 g的CuSO4?5H2O溶解于去离子水中，加入6.2696 mL的乳酸钠，搅拌后加入NaOH溶液，调节溶液pH值为7.0~12.0。所配备的溶液体积为80 mL， CuSO4的量分数为0.05 mol，乳酸钠浓度为0.5 mol。将配好的溶液注入高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，然后将高压反应釜置于加热炉中，在150 °C下保温8h，随后将高压反应釜取出，在空气中自然冷却至室温。产物经离心分离后，用去离子水反复洗涤，放入烘箱中烘干，得到红色氧化亚铜粉末。 1.3 产物的表征 用JSM-5600 LV扫描电镜（SEM）表征氧化亚铜粉末的形貌和尺寸。同时用X射线衍射仪表征产物的晶体，该衍射仪采用Cu k(射线（λ=0.154178 nm），衍射角2θ测量范围是10°~90°，扫描速度为8°/min。 2 结果与讨论 2.1 反应原理和条件 Cu2O晶体属于立方晶系，空间群为Pn3m。晶体结构如图1所示。在晶体的单位晶胞中，O2-位于晶胞的顶角和体中心，Cu+则位于4个相互错开的1/8晶胞立方体的中心，每个Cu+与2个O2-联结，作直线排列，Cu+与O2-的配位数为2。 溶液中，乳酸钠首先与铜离子形成络合物，使得铜离子在碱性溶液中稳定存在而不发生沉淀。在反应釜中，高温高压下，乳酸钠可将Cu2+还原为Cu+，Cu+随后与溶液中的OH-结合，生成氧化亚铜晶体。发生如下化学反应： 图1氧化亚铜晶体结构图 图2 氧化亚铜晶体的XRD衍射图谱图 通过上述反应可以看出，氧化亚铜晶体中的氧离子来自于溶液中的OH-。因此，溶液中OH-的浓度（溶液pH值）对氧化亚铜晶体中不同晶面的生长速度有着决定性的影响。氧化亚铜晶体中（100）晶面与（111）晶面上，氧离子的面密度不同，因此，通过调节溶液的pH值，可以控制氧化亚铜晶体中（100）晶面与（111）晶面的相对生长速率，从而控制氧化亚铜晶体的形貌。 2.2 x-射线衍射（XRD）结果 图2为不同条件下制备的氧化亚铜粉末的XRD结果，从图中可以看出，在pH值为7和12的溶液生长的氧化亚铜晶体具有相同的衍射峰位置，与立方相氧化亚铜的标准卡片（JCPDS No. 65-3288）完全吻合，因此所制备的晶体为立方相的氧化亚铜晶体。但是，两个样品不同晶向所对应的衍射峰强度却有明显不同。在溶液pH值较低时，具有较低氧原子面密度的（100）晶面的生长速度较快，因此在pH值为7的溶液中生长的氧化亚铜晶体的XRD谱图具有较强的（100）衍射峰；在溶液pH值较高时，具有较高氧原子面密度的（111）晶面的生长速度超过了（100）晶面的生长速度，所以在pH为12的溶液中生长的氧化亚铜晶体的（111）衍射峰强度大大强于（100）衍射峰。XRD结果显示，通过控制溶液的pH值来控制氧化亚铜晶体不同晶面的生长速度。 2.3 扫描电镜图片 在pH值分别为7.0、 9.0、12.0制备的氧化亚铜晶体进行扫描电镜测试，分别得到图3，4，5。 如图3，4，5所示，在不同溶液pH值下制备的微米级氧化亚铜晶体具有不同的形貌。在溶液pH值较低时，氧化亚铜晶体中