Автор Кузьмина Надежда Научные руководители Образцова И И

Автор: Кузьмина Надежда Научные руководители: Образцова И. И. - кхн, доцент по специальности «физическая химия» , снс Института углехимии и химического материаловедения СО РАН; Голенда М. В. - учитель химии.

Одним из приоритетных направлений в современной науке и технике является синтез и исследование наночастиц металлов и материалов на их основе. В последние годы в связи с широким развитием и внедрением компьютерных технологий и разнообразного электронного оборудования во все области науки и техники большой интерес представляет замена благородных металлов на композиты с использованием нанопорошков меди так как они практически не уступают им по электро- и теплопроводности, однако гораздо дешевле и доступнее.

Изучить теорию по исследуемому вопросу; Получить нанопорошки меди различными способами; Изучить некоторые физико-химические свойства данных объектов. В качестве восстановителей нами выбраны глицерин, аскорбиновая кислота и гидразин.

Одной из наиболее важной задач является выяснение закономерностей, позволяющих регулировать свойства порошков, с целью создания материалов с конкретными заданными характеристиками. С нашей точки зрения наибольшего внимания заслуживают химические методы получения порошков меди, так как они позволяют контролировать дисперсность, стойкость к окислению и состав примесей в порошках.

Эксперимент проводился на базе лаборатории неорганических наноматериалов Института углехимии и химического материаловедения СО РАН.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ СУЛЬФАТА МЕДИ ГИДРАЗИНОМ. В стакане (200 мл) растворяли 5 г пятиводного сульфата меди (Cu. SO 4 • 5 H 2 O) в 50 мл воды. Затем 10 мл 72%-го раствора гидразина постепенно приливали к раствору сульфата меди при постоянном перемешивании, нагревали до 70 -80°С в течение 5 - 10 мин. Процесс является экзотермическим, поэтому при саморазогреве реакционной смеси реакция подвергалась автокатализу и не требовала дальнейшего нагревания. В результате образовывался нанопорошок меди, выход которого составил 1, 15 г (90%), после промывки водой, ацетоном и сушки. Процесс восстановления меди из сульфата меди гидразином не достаточно изучен.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ СУЛЬФАТА МЕДИ ГЛИЦЕРИНОМ. В 50 г глицерина вводили 5 г (20 ммоль Cu) пятиводного сульфата меди. Постепенно нагревали до 150 -160ºС, выдерживали в течение 2 -3 часа при данной температуре, затем нагревали до 180 -185ºС. В результате, через 2 -4 часа происходил термолиз комплекса меди с глицерином с образованием медного порошка. Выход нанопорошка меди составил 1, 0 г (85%).

ВОССТАНОВЛЕНИЕ СУЛЬФАТА МЕДИ АСКОРБИНОВОЙ КИСЛОТОЙ. В стакане ёмкостью 100 мл растворяли 5 г пятиводного сульфата меди (0, 02 моль Cu) в 20 мл воды. В другом стакане растворяли 5, 2 г аскорбиновой кислоты в 20 мл воды. Доводили p. H раствора до 5, 5 -6, 5 добавлением небольшого количества Na. OH и нагревали до 30 -35°С. Затем раствор аскорбиновой кислоты по каплям приливали к раствору соли меди при тщательном постоянном перемешивании. При необходимости реакционную смесь нагревали до 30 -50°С. Через 3 -20 мин образовывался нанопорошок меди. Полученный нанопорошок промывали водой, ацетоном и высушивали. Выход нанопорошка меди составил 1, 10 г (86%).

Полученные нанопорошки меди:

Условия восстановления сульфата меди различными восстановителями* tр, °C тр, мин. Глицерин 180 -185 180 2. Аскорбиновая кислота 30 -40 12 3. Гидразин 70 -80 15 № Восстановитель 1. *tp и тр ― температура и время реакции восстановления. Физико-химические свойства нанопорошков меди, полученных взаимодействием сульфата меди с различными восстановителями № Восстановитель 1. Гидразин 85 0, 51 - Аскорбиновая кислота 3. Sуд, м 2/г - Глицерин 2. Dcu, нм 52 2, 82 64 6 Dcu 2 O, нм 56

Спектры рентгенофазового анализа полученных нанопорошков:

Получены нанопорошки меди восстановлением сульфата меди тремя различными восстановителями: гидразином, глицерином и аскорбиновой кислотой. Исследованы их некоторые физико-химические свойства в зависимости от природы восстановителя: температура и время восстановления, размер и удельная площадь поверхности частиц. Показано, что наименьший размер частиц имеют нанопорошки меди, полученные восстановлением её сульфата аскорбиновой кислотой (~50 нм).