孔隙结构可调的Cu2O球状纳米结构及其NO2气体传感性质

张东凤 张岩 张华 齐娟娟 商旸 郭林

引用本文: 张东凤, 张岩, 张华, 齐娟娟, 商旸, 郭林. 孔隙结构可调的Cu2O球状纳米结构及其NO2气体传感性质[J]. 物理化学学报, 2015, 31(10): 2005-2010. doi: 10.3866/PKU.WHXB201509071 shu
Citation:  ZHANG Dong-Feng, ZHANG Yan, ZHANG Hua, QI Juan-Juan, SHANG Yang, GUO Lin. Cavity-Tunable Cu2O Spherical Nanostructures and Their NO2 Gas Sensing Properties[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(10): 2005-2010. doi: 10.3866/PKU.WHXB201509071 shu

孔隙结构可调的Cu2O球状纳米结构及其NO2气体传感性质

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21173015)资助项目 (21173015)

摘要:

报道在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的协助作用下, 通过简单调节OH-离子的浓度及Cu2+的释放速度, 将Cu2O调节为具有不同空腔特征(介孔、空心及实心)结构的纳米球. 研究表明, OH-根离子的扩散动力学是决定产物结构的关键因素. 当[OH-] > 0.05 mol·L-1时, 高的化学势使其迅速扩散到PVP胶团内部, 与吸附在PVP链上的Cu2+反应形成Cu(OH)2, 在抗坏血酸(Vc)的还原作用下经过重结晶得到Cu2O实心球纳米结构; 当[OH-] <0.025 mol·L-1时, 其扩散速度下降, 首先与吸附在PVP胶团外部的Cu2+反应形成Cu(OH)2, Cu(OH)2的形成阻碍了OH-离子的向内扩散, 形成具有较大空腔(~220 nm)的空心球; 当0.025 mol·L-1 < [OH-] < 0.05 mol·L-1时, 形成较小空腔(30-60 nm)的空心球. 以NH3水为OH-缓释源时, 虽然OH-浓度较低, 但同时Cu2+的浓度也低, 胶团外部形成的Cu(OH)2不足以阻碍OH-离子的向内扩散, 反应过程中NH3的释放及较低的OH-浓度阻碍了重结晶的发生, 从而形成Cu2O介孔纳米球. 对三种典型结构特征的产物进行了NO2 气体传感性质研究, 结果表明,Cu2O介孔纳米球相比空心结构和实心结构具有更为优异的响应性. 结合比表面积数据, 我们认为介孔纳米球疏散的结构有利于NO2气体的扩散和O2的吸附, 从而表现出了更灵敏的气体传感性.

English

    1. [1]

      (1) Kuang, Q.; Wang, X.; Jiang, Z. Y.; Xie, Z. X.; Zheng, L. S. Accounts Chem. Res. 2014, 47, 308. doi: 10.1021/ar400092x

      (1) Kuang, Q.; Wang, X.; Jiang, Z. Y.; Xie, Z. X.; Zheng, L. S. Accounts Chem. Res. 2014, 47, 308. doi: 10.1021/ar400092x

    2. [2]

      (2) Kim, H. J.; Lee, J. H. Sens. Actuator B-Chem. 2014, 192, 607. doi: 10.1016/j.snb.2013.11.005(2) Kim, H. J.; Lee, J. H. Sens. Actuator B-Chem. 2014, 192, 607. doi: 10.1016/j.snb.2013.11.005

    3. [3]

      (3) Meng, H.; Yang, W.; Ding, K.; Feng, L.; Guan, Y. F. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 1174. doi: 10.1039/C4TA06024E(3) Meng, H.; Yang, W.; Ding, K.; Feng, L.; Guan, Y. F. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 1174. doi: 10.1039/C4TA06024E

    4. [4]

      (4) Zhang, S. S.; Zhang, G. L.; He, P.; Lei, W.; Dong, F. Q.; Yang, D. M.; Suo, Z. R. Anal. Methods 2015, 7, 2747. doi: 10.1039/C4AY03001J(4) Zhang, S. S.; Zhang, G. L.; He, P.; Lei, W.; Dong, F. Q.; Yang, D. M.; Suo, Z. R. Anal. Methods 2015, 7, 2747. doi: 10.1039/C4AY03001J

    5. [5]

      (5) Zhou, L. S.; Shen, F. P.; Tian, X. K.; Wang, D. H.; Zhang, T.; Chen, W. Nanoscale 2013, 4, 1564.(5) Zhou, L. S.; Shen, F. P.; Tian, X. K.; Wang, D. H.; Zhang, T.; Chen, W. Nanoscale 2013, 4, 1564.

    6. [6]

      (6) Deng, S. Z.; Tjoa, V.; Fan, H. M.; Tan, H. R.; Sayle, D. C.; Olivo, M.; Mhaisalkar, S.; Wei, J.; Sow, C. H. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 4905. doi: 10.1021/ja211683m(6) Deng, S. Z.; Tjoa, V.; Fan, H. M.; Tan, H. R.; Sayle, D. C.; Olivo, M.; Mhaisalkar, S.; Wei, J.; Sow, C. H. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 4905. doi: 10.1021/ja211683m

    7. [7]

      (7) Chen, L. C. Mater. Sci. Semicond. Process. 2013, 16, 1172. doi: 10.1016/j.mssp.2012.12.028(7) Chen, L. C. Mater. Sci. Semicond. Process. 2013, 16, 1172. doi: 10.1016/j.mssp.2012.12.028

    8. [8]

      (8) Xiong, L.; Huang, S.; Yang, X.; Qiu, M.; Chen, Z.; Yu, Y. Electrochim. Acta 2011, 56, 2735. doi: 10.1016/j.electacta.2010.12.054(8) Xiong, L.; Huang, S.; Yang, X.; Qiu, M.; Chen, Z.; Yu, Y. Electrochim. Acta 2011, 56, 2735. doi: 10.1016/j.electacta.2010.12.054

    9. [9]

      (9) Shang, Y.; Chen, Y.; Shi, Z. B.; Zhang, D. F.; Guo, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1819. [商旸, 陈阳, 施湛斌, 张东凤, 郭林. 物理化学学报, 2013, 29, 1819.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201305281(9) Shang, Y.; Chen, Y.; Shi, Z. B.; Zhang, D. F.; Guo, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1819. [商旸, 陈阳, 施湛斌, 张东凤, 郭林. 物理化学学报, 2013, 29, 1819.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201305281

    10. [10]

      (10) Wang, J.; Ma, J.; Li, X. J.; Li, Y.; Zhang, G. L.; Zhang, F. B.; Fan, X. B. Chem. Commun. 2014, 50, 14237. doi: 10.1039/C4CC06869F(10) Wang, J.; Ma, J.; Li, X. J.; Li, Y.; Zhang, G. L.; Zhang, F. B.; Fan, X. B. Chem. Commun. 2014, 50, 14237. doi: 10.1039/C4CC06869F

    11. [11]

      (11) White, B.; Yin, M.; Hall, A.; Le, D.; Stolbov, S.; Rahman, T.; Turro, N.; O'Brien, S. Nano Lett. 2006, 6, 2095. doi: 10.1021/nl061457v(11) White, B.; Yin, M.; Hall, A.; Le, D.; Stolbov, S.; Rahman, T.; Turro, N.; O'Brien, S. Nano Lett. 2006, 6, 2095. doi: 10.1021/nl061457v

    12. [12]

      (12) Morales, J.; Sánchez, L.; Bijani, S.; Martínez, L.; Gabás, M.; Ramos-Barrado, J. R. Electrochem. Solid State 2005, 8, A159.(12) Morales, J.; Sánchez, L.; Bijani, S.; Martínez, L.; Gabás, M.; Ramos-Barrado, J. R. Electrochem. Solid State 2005, 8, A159.

    13. [13]

      (13) Xu, Y. T.; Guo, Y; Li, C.; Zhou, X. Y.; Tucker, M. C.; Fu, X. Z.; Sun, R.; Wong, C. P. Nano Energy 2015, 11, 38. doi: 10.1016/j.nanoen.2014.10.011(13) Xu, Y. T.; Guo, Y; Li, C.; Zhou, X. Y.; Tucker, M. C.; Fu, X. Z.; Sun, R.; Wong, C. P. Nano Energy 2015, 11, 38. doi: 10.1016/j.nanoen.2014.10.011

    14. [14]

      (14) Zhang, D. F.; Zhang, H.; Guo, L.; Zheng, K.; Han, X. D.; Zhang, Z. J. Mater. Chem. 2009, 19, 5220. doi: 10.1039/b816349a(14) Zhang, D. F.; Zhang, H.; Guo, L.; Zheng, K.; Han, X. D.; Zhang, Z. J. Mater. Chem. 2009, 19, 5220. doi: 10.1039/b816349a

    15. [15]

      (15) Susman, M. D.; Feldman, Y.; Vaskevich, A.; Rubinstein, I. ACS Nano 2014, 8, 162. doi: 10.1021/nn405891g(15) Susman, M. D.; Feldman, Y.; Vaskevich, A.; Rubinstein, I. ACS Nano 2014, 8, 162. doi: 10.1021/nn405891g

    16. [16]

      (16) Jiao, S. H.; Xu, D. S.; Xu, L. F.; Zhang, X. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 2436. [焦淑红, 徐东升, 许荔芬, 张晓光. 物理化学学报, 2012, 28, 2436.] doi:10.3866/PKU.WHXB201209145(16) Jiao, S. H.; Xu, D. S.; Xu, L. F.; Zhang, X. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 2436. [焦淑红, 徐东升, 许荔芬, 张晓光. 物理化学学报, 2012, 28, 2436.] doi:10.3866/PKU.WHXB201209145

    17. [17]

      (17) Lu, C. H.; Qi, L. M.; Yang, J. H.; Wang, X. Y.; Zhang, D. Y.; Xie, J. L. Ma, J. M. Adv. Mater. 2005, 17, 2562.(17) Lu, C. H.; Qi, L. M.; Yang, J. H.; Wang, X. Y.; Zhang, D. Y.; Xie, J. L. Ma, J. M. Adv. Mater. 2005, 17, 2562.

    18. [18]

      (18) Kuo, C. H.; Huang, M. H. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12815. doi: 10.1021/ja804625s(18) Kuo, C. H.; Huang, M. H. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12815. doi: 10.1021/ja804625s

    19. [19]

      (19) Wang, W. Z.; Wang, G. H.; Wang, X. S.; Zhan, Y. J.; Liu, Y. K.; Zheng, C. L. Adv. Mater. 2002, 14, 67.(19) Wang, W. Z.; Wang, G. H.; Wang, X. S.; Zhan, Y. J.; Liu, Y. K.; Zheng, C. L. Adv. Mater. 2002, 14, 67.

    20. [20]

      (20) Chen, L.; Shet, S.; Tang, H. W.; Wang, H. L.; Deutsch, T.; Yan, Y. F.; Turner, J.; Al-Jassim, M. J. Mater. Chem. 2010, 20, 6962. doi: 10.1039/c0jm01228a(20) Chen, L.; Shet, S.; Tang, H. W.; Wang, H. L.; Deutsch, T.; Yan, Y. F.; Turner, J.; Al-Jassim, M. J. Mater. Chem. 2010, 20, 6962. doi: 10.1039/c0jm01228a

    21. [21]

      (21) Siegfried, M. J.; Choi, K. S. Adv. Mater. 2004, 16, 1743.(21) Siegfried, M. J.; Choi, K. S. Adv. Mater. 2004, 16, 1743.

    22. [22]

      (22) Siegfried, M. J.; Choi, K. S. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10356. doi: 10.1021/ja063574y(22) Siegfried, M. J.; Choi, K. S. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10356. doi: 10.1021/ja063574y

    23. [23]

      (23) Shang, Y.; Shao, Y. M.; Zhang, D. F.; Guo, L. Angew. Chem. Int. Edit. 2014, 53, 11514. doi: 10.1002/anie.201406331(23) Shang, Y.; Shao, Y. M.; Zhang, D. F.; Guo, L. Angew. Chem. Int. Edit. 2014, 53, 11514. doi: 10.1002/anie.201406331

    24. [24]

      (24) Luo, X. L.; Han, Y. F.; Yang, D. S.; Chen, Y. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 297. [罗小林, 韩银凤, 杨德锁, 陈亚芍. 物理化学学报, 2012, 28, 297.] doi: 10.3866/PKU. WHXB201112012(24) Luo, X. L.; Han, Y. F.; Yang, D. S.; Chen, Y. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 297. [罗小林, 韩银凤, 杨德锁, 陈亚芍. 物理化学学报, 2012, 28, 297.] doi: 10.3866/PKU. WHXB201112012

    25. [25]

      (25) Sun, D.; Yin, P. G.; Guo, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 1543. [孙都, 殷鹏刚, 郭林. 物理化学学报, 2011, 27, 1543.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110619(25) Sun, D.; Yin, P. G.; Guo, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 1543. [孙都, 殷鹏刚, 郭林. 物理化学学报, 2011, 27, 1543.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110619

    26. [26]

      (26) Yang, S. Y.; Zhang, S. S.; Wang, H. J.; Yu, H.; Fang, Y. P.; Peng, F. RSC Adv. 2014, 4, 43024. doi: 10.1039/C4RA07593E(26) Yang, S. Y.; Zhang, S. S.; Wang, H. J.; Yu, H.; Fang, Y. P.; Peng, F. RSC Adv. 2014, 4, 43024. doi: 10.1039/C4RA07593E

    27. [27]

      (27) Xu, Z.; Xie, Y.; Xu, F.; Xu, D.; Liu, X. H. Inorg. Chem. Commun. 2004, 7, 417. doi: 10.1016/j.inoche.2003.12.031(27) Xu, Z.; Xie, Y.; Xu, F.; Xu, D.; Liu, X. H. Inorg. Chem. Commun. 2004, 7, 417. doi: 10.1016/j.inoche.2003.12.031

    28. [28]

      (28) Teng, X. W.; Han, W. Q.; Ku, W.; Hucker, M. Angew. Chem. Int. Edit. 2008, 47, 2055.(28) Teng, X. W.; Han, W. Q.; Ku, W.; Hucker, M. Angew. Chem. Int. Edit. 2008, 47, 2055.

    29. [29]

      (29) Zhang, D. F.; Sun, L. D.; Yin, J. L.; Yan, C. H.; Wang, R. M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 8786. doi: 10.1021/jp050631l(29) Zhang, D. F.; Sun, L. D.; Yin, J. L.; Yan, C. H.; Wang, R. M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 8786. doi: 10.1021/jp050631l

    30. [30]

      (30) Banfield, J. F.; Welch, S. A.; Zhang, H.; Ebert, T. T.; Penn, R. L. Science 2000, 289, 751. doi: 10.1126/science.289.5480.751(30) Banfield, J. F.; Welch, S. A.; Zhang, H.; Ebert, T. T.; Penn, R. L. Science 2000, 289, 751. doi: 10.1126/science.289.5480.751

    31. [31]

      (31) Penn, R. L.; Banfield, J. F. Science 1998, 281, 969. doi: 10.1126/science.281.5379.969(31) Penn, R. L.; Banfield, J. F. Science 1998, 281, 969. doi: 10.1126/science.281.5379.969

    32. [32]

      (32) Shishiyanu, S. T.; Shishiyanu, T. S.; Lupan, O. I. Sens. Actuators B 2006, 113, 468. doi: 10.1016/j.snb.2005.03.061

      (32) Shishiyanu, S. T.; Shishiyanu, T. S.; Lupan, O. I. Sens. Actuators B 2006, 113, 468. doi: 10.1016/j.snb.2005.03.061

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  82
  • 文章访问数:  365
  • HTML全文浏览量:  1
文章相关
  • 发布日期:  2015-10-10
  • 收稿日期:  2015-05-22
  • 网络出版日期:  2015-09-07
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章