臺灣博碩士論文加值系統

以水溶液沉澱法製備不同形貌之氧化銅
學生：郭欣怡 指導教授：江慧真 教授
國立新竹師院數理研究所
摘 要
本論文以水溶液沉澱法於不同製程條件下，製備出不同形貌及顆粒大小的氧化銅粉末。依起始物的不同可將實驗分成三部份：
1.硫酸銅溶液和不同濃度的氫氧化鈉溶液反應：
在室溫下將硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液反應8小時，能得到顆粒大小約10-15nm，長約400-800nm的氧化銅奈米線。從實驗中發現，在常溫下，顆粒大小會隨著氫氧化鈉濃度的增加而變小；在高溫迴流下，顆粒大小則會隨著氫氧化鈉濃度的增加而變大。
2.硫酸銅溶液和不同濃度的碳酸鈉溶液反應：
將硫酸銅溶液與低濃度碳酸鈉溶液反應，可得到微米級的球狀氧化銅粉末。於實驗中我們發現無論在常溫或高溫迴流下，粒徑大小會隨著碳酸鈉濃度的增加而變小，其形狀則變成鬆散球狀的氧化銅粉末，反應時間於此實驗中則不具有明顯的影響,此反應與由硫酸銅溶液及氫氧化鈉溶液製備的氧化銅情形不同。
3.微米級的球狀氧化銅粉末與10M氫氧化鈉溶液反應：
從實驗中發現，氫氧化鈉溶液會不斷地蝕溶球狀氧化銅，反應10小時後，球狀氧化銅崩解而成顆粒大小約為10-30nm，長約50-150nm的奈米棒。

Preparation of Various Morphology of Cupric Oxide by Solution Precipitation Method
Student：Hsin-Yi Kuo Advisor：Prof. Hui-Jean Chiang
Institute of Math And Science , National Hsin-Chu Teacher’s College
Abstract
The objective of this research is the preparation of various morphology cupric oxide by solution precipitation methods. According to different starting materials, this research is separated into three parts:
At room temperature, the solution of CuSO4 reacted with NaOH(aq) of different concentration. the particle sizes of CuO decreased with the increasing concentration. At 100-120℃, the particle sizes of CuO increased with the increasing concentration. At room temperature, we added the solution of CuSO4 into NaOH(aq) would obtain the CuO nanowires with diameters of 10-15 nm and lengths of 400-800 nm.
In the reaction of CuSO4(aq) reacted with low concentration of Na2CO3 (aq). We found that whether reacted at room temperature or refluxed at high temperature, spherical particle size of CuO decreased with the increasing concentration and shape of CuO become imcompact morphology. The reacting time didn’t obviously affect the particle sizes.
In the reaction of micrometer, spherical CuO reacted with NaOH(aq) . The solution of NaOH continuously decomposited the micrometer CuO to formate CuO nanorods with diameters of 10-30 nm and lengths of 50-150 nm.

目錄
頁次
中文摘要 --------------------------------------------- Ⅰ
英文摘要 --------------------------------------------- Ⅱ
誌謝 ------------------------------------------------- Ⅲ
目錄 ------------------------------------------------- Ⅳ
表目錄 ----------------------------------------------- Ⅵ
圖目錄 ----------------------------------------------- Ⅷ
一、 緒論 -------------------------------------------- 1
二、 實驗 --------------------------------------------- 7
2-1.試劑 ------------------------------------------ 7
2-2.分析鑑定儀器 ---------------------------------- 7
2-3.實驗步驟 -------------------------------------- 8
2-2-1.由NaOH和CuSO4反應製備CuO ---------------- 8
2-2-2.由Na2CO3和CuSO4反應製備CuO --------------- 13
2-2-3.由微米級球狀CuO和NaOH反應製備奈米級CuO -- 15
三、 結果與討論 --------------------------------------- 17
3-1. 由NaOH和CuSO4反應製備CuO -------------------- 17
3-1-1.Cu(OH)2的製備 ----------------------------- 17
3-1-2.不同反應條件製備CuO ----------------------- 23
3-2. 由Na2CO3和CuSO4反應製備CuO ------------------- 34
3-2-1. 鹼式碳酸銅的製備 ------------------------- 35
3-2-2. 不同反應條件製備CuO ---------------------- 37
3-3. 微米級球狀CuO和NaOH反應製備CuO ----------- 43
四、 結論 --------------------------------------------- 47
參考文獻 ----------------------------------------------- 49
表目錄
表一 製造CuO奈米粉末的物理方法 --------------------- 4
表二 製造CuO奈米粉末的化學方法 --------------------- 4
表三 樣本A之製備條件（室溫，反應20小時） ---------- 11
表四 樣本B之製備條件（60℃，反應20小時） ---------- 11
表五 樣本C之製備條件（高溫迴流，反應20小時）------ 11
表六 樣本D之製備條件（室溫，不同反應時間）---------- 12
表七 樣本E之製備條件（高溫迴流，不同反應時間）----- 12
表八 樣本F之製備條件（室溫，反應8小時）----------- 13
表九 樣本G之製備條件（室溫，反應20小時）---------- 14
表十 樣本H之製備條件（60℃，反應20小時）---------- 15
表十一 樣本 I之製備條件（高溫迴流，反應20小時）------ 15
表十二 樣本J之製備條件（高溫迴流，不同反應時間）----- 15
表十三 樣本K之製備條件（高溫迴流，不同反應時間） ---- 16
表十四 溫度與CuO產率之關係 -------------------------- 19
表十五 樣本A之結果SEM分析（室溫，反應20小時） ----- 24
表十六 樣本B之結果SEM分析（60℃，反應20小時） ------ 24
表十七 樣本C之結果SEM分析（高溫迴流，反應20小時） -- 25
表十八 樣本D之結果SEM分析（室溫，不同反應時間） ----- 27
表十九 樣本E之結果SEM分析（高溫迴流，不同反應時間） - 29
表二十 樣本F之結果SEM分析（室溫，反應8小時） ------- 31
表二十一 樣本G之結果SEM分析（室溫，反應20小時） ------ 36
表二十二 樣本H之結果SEM分析（60℃，反應20小時） ------ 37
表二十三 樣本 I之結果SEM分析（高溫迴流，反應20小時）--- 37
表二十四 樣本J之結果SEM分析（高溫迴流，不同反應時間） - 39
表二十五 樣本K之結果SEM分析（高溫迴流，不同反應時間） - 42
圖目錄
頁次
圖一 Cu(OH)2之TGA分析圖 ----------------------------- 47
圖二 Cu(OH)2之SEM分析圖 ----------------------------- 47
圖三 在室溫下，pH值對CuO及Cu(OH)2的溶解度之影響 --- 48
圖四 在室溫下，由0.2M CuSO4溶液與2M NaOH溶液反應得到
CuO之XRD圖。 ---------------------------------- 48
圖五 在常溫下，反應20小時。由0.2M CuSO4溶液與各種不同
濃度的NaOH溶液製備Sample A1-A4之XRD圖。-------- 49
圖六 在高溫迴流下，反應20小時。由0.2M CuSO4溶液與各種
不同濃度的NaOH溶液製備Sample C1-C4之XRD圖。 ---- 49
圖七 在常溫下，反應20小時。由1.33M NaOH溶液製備的
sample A1之SEM圖。 ----------------------------- 50
圖八 在常溫下，反應20小時。由3.33M NaOH溶液製備的
sample A2之SEM圖。 ---------------------------- 50
圖九 在常溫下，反應20小時。由6.67M NaOH溶液製備的
sample A3之SEM圖。 --------------------------- 51
圖十 在常溫下，反應20小時。由13.33M NaOH溶液製備的
sample A4之SEM圖。 --------------------------- 51
圖十一 在60℃下，反應20小時。由1.33M NaOH溶液製備的
sample B1之SEM圖。 --------------------------- 52
圖十二 在60℃下，反應20小時。由3.33M NaOH溶液製備的
sample B2之SEM圖。 ---------------------------- 52
圖十三 在60℃下，反應20小時。由6.67M NaOH溶液製備的
sample B3之SEM圖。 ---------------------------- 53
圖十四 在60℃下，反應20小時。由13.33M NaOH溶液製備的
sampleB4之SEM圖。 --------------------------- 53
圖十五 在高溫迴流下，反應20小時。由1.33M NaOH溶液製備
的sample C1之SEM圖。 ------------------------ 54
圖十六 在高溫迴流下，反應20小時。由3.33M NaOH溶液製備
的sample C2之SEM圖。 ------------------------ 54
圖十七 在高溫迴流下，反應20小時。由6.67M NaOH溶液製備
的sample C3之SEM圖。 ------------------------ 55
圖十八 在高溫迴流下，反應20小時。由13.33M NaOH溶液製備
的sample C4之SEM圖。 ------------------------- 55
圖十九 在常溫下，由13.33M NaOH溶液所製備的sample D1、D3
、D5、A4為0.5hr、2hrs、8hrs、20hrs之XRD圖。 --- 56
圖二十 在常溫下，反應0.5小時。由13.33M NaOH溶液所製備
的sample D1之SEM圖。 -------------------------- 56
圖二十一 在常溫下，反應1小時。由13.33M NaOH溶液所製備的
sample D2之SEM圖。 ---------------------------- 57
圖二十二 在常溫下，反應2小時。由13.33M NaOH溶液所製備的
sample D3之SEM圖。 ---------------------------- 57
圖二十三 在常溫下，反應4小時。由13.33M NaOH溶液所製備的
sample D4之SEM圖。 ----------------------------- 58
圖二十四 在常溫下，反應8小時。由13.33M NaOH溶液所製備
的sample D5之SEM圖。 -------------------------- 58
圖二十五 （A）,（B）是在常溫下，反應8小時。由13.33M NaOH
溶液製備的sample D5之HR-TEM圖。 ---------------- 59
圖二十六 在高溫迴流下，由13.33M NaOH溶液所製備的sample E1、
E3、E5、C4為0.5hr、2hrs、8hrs、20hrs之XRD圖。- 60
圖二十七 在高溫迴流下，反應0.5小時。由13.33M NaOH溶液所
製備的sample E1之SEM圖。------------------------ 60
圖二十八 在高溫迴流下，反應1小時。由13.33M NaOH溶液所
製備的sample E2之SEM圖。 -------------------- 61
圖二十九 在高溫迴流下，反應2小時。由13.33M NaOH溶液所
製備的sample E3之SEM圖。 -------------------- 61
圖三十 在高溫迴流下，反應4小時。由13.33M NaOH溶液所
製備的sample E4之SEM圖。 -------------------- 62
圖三十一 在高溫迴流下，反應8小時。由13.33M NaOH溶液所
製備的sample E5之SEM圖。--------------------- 62
圖三十二 在常溫下，反應8小時。由0.27M NaOH溶液製備的
sample F1之SEM圖。 --------------------------- 63
圖三十三 在常溫下，反應8小時。由0.53M NaOH溶液所製備的
sample F2之SEM圖。 ---------------------------- 63
圖三十四 在常溫下，反應8小時。由1.33M NaOH溶液所製備的
sample F3之SEM圖。 ----------------------------- 64
圖三十五 在常溫下，反應8小時。由2.67M NaOH溶液所製備的
sample F4之SEM圖。 ---------------------------- 64
圖三十六 在常溫下，反應8小時。由6.67M NaOH溶液所製備的
sample F5之SEM圖。 ---------------------------- 65
圖三十七 (CuCO3)2 Cu(OH)2之TGA分析圖。 ------------------- 65
圖三十八 (CuCO3)2 Cu(OH)2之SEM分析圖。 ------------------- 66
圖三十九 在60℃下，由0.33M Na2CO3溶液所製備的CuO之XED圖。- 66
圖四十 在常溫下，反應20小時。由0.2M CuSO4溶液與各種不同
濃度的Na2CO3溶液製備Sample G1-G4之XRD圖。 ----- 67
圖四十一 在60℃下，反應20小時。由0.2M CuSO4溶液與各種不同
濃度的Na2CO3溶液製備Sample H1-H4之XRD圖。 ------- 67
圖四十二 在高溫迴流下，反應20小時。由0.2M CuSO4溶液與各種
不同濃度的Na2CO3溶液製備Sample I1-I4之XRD圖。 --- 68
圖四十三 在常溫下，反應20小時。由0.33M Na2CO3溶液製備的
sample G1之SEM圖。 --------------------------- 68
圖四十四 在常溫下，反應20小時。由0.67M Na2CO3溶液製備的
sample G2之SEM圖。 --------------------------- 69
圖四十五 在常溫下，反應20小時。由1.33M Na2CO3溶液製備的
sample G3之SEM圖。 --------------------------- 69
圖四十六 在常溫下，反應20小時。由2.67M Na2CO3溶液製備的
sample G4之SEM圖。 ----------------------------- 70
圖四十七 在60℃下，反應20小時。由0.33M Na2CO3溶液製備的
sample H1之SEM圖。 ---------------------------- 70
圖四十八 在60℃下，反應20小時。由0.67M Na2CO3溶液製備的
sample H2之SEM圖。 ----------------------------- 71
圖四十九 在60℃下，反應20小時。由1.33M Na2CO3溶液製備的
sample H3之SEM圖。 ----------------------------- 71
圖五十 在60℃下，反應20小時。由2.67M Na2CO3溶液製備的
sample H4之SEM圖。 ----------------------------- 72
圖五十一 在高溫迴流下，反應20小時。由0.33M Na2CO3溶液製備
的sample I1之SEM圖。 --------------------------- 72
圖五十二 在高溫迴流下，反應20小時。由0.67M Na2CO3溶液製備
的sample I2之SEM圖。 --------------------------- 73
圖五十三 在高溫迴流下，反應20小時。由1.33M Na2CO3溶液製備
的sample I3之SEM圖。 --------------------------- 73
圖五十四 在高溫迴流下，反應20小時。由2.67M Na2CO3溶液製備
的sample I4之SEM圖。 -------------------------- 74
圖五十五 在高溫迴流下，反應20小時。由2.67M Na2CO3溶液製備的sample I4之HR-TEM圖。 ------------------------- 75
圖五十六 在高溫迴流下，由0.33M Na2CO3所製備的sample J1、I1
、J2為 10hrs、20hrs、40hrs之XRD圖。 --------- 76
圖五十七 在高溫迴流下，反應10小時。由0.33M Na2CO3溶液製備
的sample J1之SEM圖。 ------------------------ 76
圖五十八 在高溫迴流下，反應40小時。由0.33M Na2CO3溶液製備
的sample J2之SEM圖。 ------------------------ 77
圖五十九 在高溫迴流下，由0.5g CuO加入10M NaOH溶液所製備
的sample K1、K3、K4、K6為 0.5hr、5hrs、10hrs、
20hrs之XRD圖。 ------------------------------- 77
圖六十 在高溫迴流下，反應0.5小時。由0.5g CuO加入10M
NaOH溶液所製備的sample K1之SEM圖。 ------------ 78
圖六十一 在高溫迴流下，反應1小時。由0.5g CuO加入10M
NaOH溶液所製備的sample K2之SEM圖。 ------------- 78
圖六十二 在高溫迴流下，反應5小時。由0.5g CuO加入10M
NaOH溶液所製備的sample K3之SEM圖。 ------------- 79
圖六十三 在高溫迴流下，反應10小時。由0.5g CuO加入10M
NaOH溶液所製備的sample K4之SEM圖。 ------------- 79
圖六十四 在高溫迴流下，反應15小時。由0.5g CuO加入10M
NaOH溶液所製備的sample K5之SEM圖。 ------------- 80
圖六十五 在高溫迴流下，反應20小時。由0.5g CuO加入10M
NaOH溶液所製備的sample K6之SEM圖。 ------------- 80
圖六十六 在高溫迴流下，反應10小時。由0.5g CuO加入10M NaOH
溶液所製備的sample K4之HR-TEM圖。---------------- 81

參考文獻
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