碳还原氧化铜的现象

碳是一种具有还原性的非金属。在一定条件下，用碳可以还原氧化铜生成铜单质。木炭具有还原性，能与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，黑色粉末逐渐变红色，生成的气体使澄清石灰水变浑浊。

氧化铜主要用途

1、可用作有机合成催化剂，用作分析试剂（定氮用）、氧化剂、催化剂和石油脱硫剂，还可用于有机化合物中测定碳。

2、用作玻璃、搪瓷、陶瓷工业的着色剂，油漆的防邹剂，光学玻璃的磨光剂。用于制造染料、有机催化剂载体以及铜化合物。还用于人造丝制造工业及作为油脂的脱硫剂。用作其他铜盐的制造原料，也是制人造宝石的原料。

3、纳米氧化铜用途：

（1）在催化、超导、陶瓷等领域中作为一种重要的无机材料有广泛的应用。

（2）用作催化剂和催化剂载体以及电极活性材料。

（3）用作玻璃、瓷器的着色剂，光学玻璃磨光剂，有机合成的催化剂、油类的脱硫剂、氢化剂。

（4）制造人造宝石及其它铜氧化物。

（5）用于人造丝的制造，以及气体分析和测定有机化合物等。

（6）还可作为火箭推进剂的燃速催化剂。纳米氧化铜粉体具有比大尺寸氧化铜粉体更优越的催化活性和选择性及其他。

氧化铜1446℃、氟化铜950℃。氧化铜熔点比氟化铜高得多。

氧化铜是一种无机物，化学式CuO，是一种铜的黑色氧化物，略显两性，稍有吸湿性。[1]不溶于水和乙醇，易溶于酸，对热稳定，高温下分解出氧气。[1]氧化铜主要用于制人造丝、陶瓷、釉及搪瓷、电池、石油脱硫剂、杀虫剂，也供制氢、催化剂、绿色玻璃等用。[2]

中文名

氧化铜[6]

外文名

Cupric oxide[6]

化学式

CuO[6]

分子量

79.545[6]

CAS登录号

1317-38-0[6]

理化特性

物理性质

1、性状：黑色或棕黑色粉末

2、密度：6.31g/cm3

3、熔点：1446℃

4、折射率：2.63

5、溶解性：不溶于水和醇，溶于稀酸、氯化铵、碳酸铵和氰化钾。缓慢溶于氨水生成配合物。

化学性质

一、还原反应

1、碳还原氧化铜

2、一氧化碳还原氧化铜

3、氢气还原氧化铜

二、与酸反应

氧化铜在与稀硫酸或盐酸反应时，会生成盐和水。

计算化学数据

1、疏水参数计算参考值（XlogP）：无

2、氢键供体数量：0[6]

3、氢键受体数量：1[6]

4、可旋转化学键数量：0[6]

5、互变异构体数量：无

6、拓扑分子极性表面积：17.1[6]

7、重原子数量：2[6]

8、表面电荷：0[6]

9、复杂度：2[6]

10、同位素原子数量：0[6]

11、确定原子立构中心数量：0[6]

12、不确定原子立构中心数量：0[6]

13、确定化学键立构中心数量：0[6]

14、不确定化学键立构中心数量：0[6]

15、共价键单元数量：1[3]

制取方法

实验室制法

1、利用铜盐如CuSO4与碱（如NaOH）反应生成Cu(OH)2，再将Cu(OH)2加热分解以制得CuO。

2、氧化铜可由金属铜在空气中加热，或者加热分解氢氧化铜、硝酸铜、碱式碳酸铜等而制得。

[1]

工业制法

1、铜粉氧化法

以铜灰、铜渣为原料经焙烧，用煤气加热进行初步氧化，以除去原料中的水分和有机杂质。生成的初级氧化物自然冷却，粉碎后，进行二次氧化，得到粗品氧化铜。粗品氧化铜加入预先装好1:1硫酸的反应器中，在加热搅拌下反应至液体相对密度为原来的1倍，pH值为2-3时即为反应终点，生成硫酸铜溶液，静置澄清后，在加热及搅拌的条件下，加入铁刨花，置换出铜，然后用热水洗涤至无硫酸根和铁质。经离心分离、干燥，在450℃下氧化焙烧8h，冷却后，粉碎至100目，再在氧化炉中氧化，制得氧化铜粉末。[3]

2、硝酸铜热分解法

将电解铜用稀硝酸溶解后在水浴上蒸干，然后在干燥器里要非常缓慢地从90℃加热到120℃。当生成松软的碱式盐时，放入水中煮沸、过滤、干燥；然后将其慢慢加热到400℃，使大部分硝酸除去；接着粉碎后加热到850℃，保持1h，使其分解为氧化铜。为使反应更加完全，可将产品再次粉碎，在约700℃的条件下，加热1h后，放入干燥器中冷却。[3]

3.碳酸铜热分解法

将铜粉或铜线在通风橱内用尽可能少的6mol/L硝酸使其完全溶解，如果溶液不透明，则需过滤。另将碳酸钠配成溶液与硝酸铜溶液混合、煮沸生成黑色的碱式盐沉淀。当固体沉降后舍去上层清液，用倾析法充分洗涤、过滤、干燥。将其放于蒸发皿上，在充分搅拌下用小火加热，使其分解为氧化铜。[3]

4.铜丝或铜粉硝化

将铜丝或铜粉溶于6mol/L硝酸中保持铜稍过量，加热至溶液pH值3-4，以除去氢氧化铁沉淀，然后与10%（质量）的碳酸钠溶液混合，加热沸腾，有碱式盐析出，弃去上层清液，用水充分洗涤、过滤、干燥。将干燥的碱式碳酸铜在充分搅拌下于小火加热分解为黑色氧化铜粉末：

当不再有二氧化碳生成，表明分解完全。[3]

5．电导水溶解法

用电导水溶解高纯硝酸铜，过滤，在清液中加入过量高纯NH3▪H2O，滤去杂质沉淀，滤液用高纯硝酸中和至氢氧化铜析出。过滤，用电导水洗涤一次，再加硝酸溶解沉淀，加高纯碳酸铵析出碳酸铜，再洗涤，甩干，在200℃烘箱内烘干后，于450-550℃灼烧3-4h，得光谱纯氧化铜：[3]

主要用途

1、可用作有机合成催化剂，用作分析试剂（定氮用）、氧化剂、催化剂和石油脱硫剂，还可用于有机化合物中测定碳。

2、用作玻璃、搪瓷、陶瓷工业的着色剂，油漆的防皱剂，光学玻璃的磨光剂。用于制造染料、有机催化剂载体以及铜化合物。还用于人造丝制造工业及作为油脂的脱硫剂。用作其他铜盐的制造原料，也是制人造宝石的原料。

3、纳米氧化铜用途

（1）在催化、超导、陶瓷等领域中作为一种重要的无机材料有广泛的应用。

（2）用作催化剂和催化剂载体以及电极活性材料。

（3）用作玻璃、瓷器的着色剂，光学玻璃磨光剂，有机合成的催化剂、油类的脱硫剂、氢化剂。

（4）制造人造宝石及其它铜氧化物。

（5）用于人造丝的制造，以及气体分析和测定有机化合物等。

（6）还可作为火箭推进剂的燃速催化剂。纳米氧化铜粉体具有比大尺寸氧化铜粉。

氟化铜，是一种无机化合物，化学式为CuF2，为淡灰白色结晶性粉末，微溶于水，溶于醇、酸、丙酮、氨水，主要用于有机合成反应催化剂、氟化剂和高浓度电池等。[1][2]

中文名

氟化铜

外文名

Cupric fluoride

别名

二氟化铜

化学式

CuF2

分子量

101.543

基本信息

化学式：CuF2

分子量：101.543

CAS号：7789-19-7

EINECS号：232-147-3

理化性质

物理性质

密度：4.23g/cm3

熔点：950°C

沸点：1449°C

外观：淡灰白色结晶性粉末

溶解性：微溶于水，溶于醇、酸、丙酮、氨水[3]

化学性质

能与比氢氟酸酸性强的酸反应：

CuF2＋H2SO4＝2HF↑＋CuSO4

CuF2＋2H3PO4＝Cu(H2PO4)2＋2HF↑（由于磷酸二氢根弱于氢氟酸，故生成磷酸二氢铜）

注：以上反应无需加热

与碱反应：CuF2＋2NaOH＝Cu(OH)2↓＋2NaF

此外，氟化铜也是路易斯酸，能与氟离子发生络合反应：CuF2＋2NaF＝Na2CuF4

CuF2＋2HF＝H2[CuF4]（四氟合铜(II)酸，有时也可省去中括号，简称氟铜酸，是酸性远强于氢氟酸的二元酸）

其实在氟铜酸（H2CuF4）溶液中，除CuF42-以外也含有CuF3-、[CuF5]3-、[CuF6]4-等离子，其中[CuF4]2-最稳定，占溶液中阴离子的绝大多数，而其它阴离子都很不稳定，一般情况下均可忽略不计。

计算化学数据

疏水参数计算参考值（XlogP）：无

氢键供体数量：0

氢键受体数量：2

可旋转化学键数量：0

互变异构体数量：0

拓扑分子极性表面积：0

重原子数量：3

表面电荷：0

复杂度：0

同位素原子数量：0

确定原子立构中心数量：0

不确定原子立构中心数量：0

确定化学键立构中心数量：0

不确定化学键立构中心数量：0

共价键单元数量：3[3]

用途

主要用于有机合成反应催化剂、氟化剂和高浓度电池等。[3]

安全信息

安全术语

S24/25：Avoid contact with skin and eyes.

避免与皮肤和眼睛接触。

风险术语

R36/37/38：Irritating to eyes, respiratory system and skin.

刺激眼睛、呼吸系统和皮肤。

氟化铜的熔点低于氧化铜的原因是氟化铜基本为离子型化合物，而氯化铜为共价化合物。根据相关查询信息显示，氟化铜基本为离子型化合物，而氯化铜为共价化合物，所以氧化铜熔点高，氟化铜，是一种无机化合物熔点在950度，氧化铜是一种无机物，是一种铜的黑色氧化物，略显两性，稍有吸湿性，熔点在1446度。

产率高

氧化还原法制备纳米铜研究报告

纳米铜粉制备工艺研究报告

纳米铜粉制备工艺研究报告

2011年10月18日，欧盟定义纳米材料是指一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1纳米至100纳米之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50%以上。这种材料由于量子尺寸效应，表面效应，体积效应等特性而具备特殊的性能。近些年来，随着金属及其合金制备方法的提高，越来越纯及越来越小的金属颗粒被制备出来，纳米金属的研究迅速发展。研究发现，纳米金属材料具有较好的机械性能如屈服强度、拉伸强度等[1]，以及优异的电学性能，磁学性能，光学性能等等。1铜在材料方面的应用

1.1 氧化铜的应用

铜是与人类关系非常密切的有色金属，铜是唯一能大量天然产出的金属，存在于各种矿石中；它在有色金属材料的消费中仅次于铝。其氧化物—CuO有着广泛的应用，除作为制铜盐的原料外，它还广泛应用于其他领域：如在催化领域，它对高氯酸钱的分解，一氧化碳、乙醇、乙酸乙醋以及甲苯的完全氧化都具有较高的催化活性，且对前4种反应的催化活性均排在金属氧化物之前列；在传感器方面，用CuO作传感器的包覆膜，能够大大提高传感器对CO的选择性和灵敏度；近年来，由于含铜氧化物在高温超导领域的异常特性，使CuO又成为重要的模型化合物，用于解释复杂氧化物的光谱特征。此外，它还用于玻璃、陶瓷的着色剂，油漆的防皱以及有机分析中测定化合物含碳量的助氧剂，甚至有望用作汽车尾气的净化材料[2]。

1.2纳米铜的应用

由于纳米铜粉具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应及介电限域效应等特点，因此它的物理化学性质也与传统材料大不相同。自1995年IBM的C K HU 等指出纳米铜粉由于其低电阻可以用于电子连接后，其性质引起了电子界的很大兴趣。纳米铜粉作为重要的工业原料，代替贵金属粉末在制作高级润滑油、导电浆料、高效催化剂等方面可大大降低工业成本，有着广阔的应用前景。

在镍氢电池的负极中添加3-10wt.%型号VK-Cu01纳米氧化铜，就可以有效提高电池的比能量和比功率，提高电池的负极性能，还降低了负极电池的质量。纳米氧化铜（VK-Cu01，99.9%）可作为常温脱硫剂的唯一组分。纳米氧化铜在常温25-30℃条件下脱硫精度高，硫容高达18.3%-28.7%。比同等条件下的分析纯氧化铜硫容的4.65倍，是纳米氧化锌硫容的4-8倍，是首选的常温脱硫剂。美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员马克肯在润滑剂和制冷剂的标准混合物中加入适量的不同纳米粒子，发现在普通聚酯润滑剂上充分分散直径为30nm的氧化铜VK-Cu01粒子，并与普通的制冷剂（R134a）混合，可把制冷器的热传递提高50-275%。。M.M. Rashad等人[4]利用工业废料，采用水热法制得立方铁酸铜合金（CuFe2O4），结果表明在特定的温度条件下，其催化效率达到了95.9%，

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纳米材料制备技术

饱和磁化率Ms为83.7 emu/g4。张熙凤等人[5]以表面活性剂为改性剂，抗坏血酸为还原剂，辅助微波的方法，以硫酸铜作为原料，制得了针状纳米铜，将该纳米铜添加到环氧树脂中显示出了很好的导电性能。

1.3纳米铜在生物材料方面的应用

美国学者报道了纳米制造技术在制造通过荧光示踪剂和抗体来识别生物分子的分光镜式

纤维探测器上的应用，并制备出了基于聚合物/聚合物染色多层结构的荧光探测器和基于聚合物/金纳米颗粒/抗原体的细胞质基因探测器，这两个探测器系统的性能在有限范围内相对于目标参照物都显示出精确而灵敏的反应[6]。S. Ashok Kumar等人[3]利用电化学的方法将纳米氧化铜沉积在ZnO薄膜上，制成能够选择性探测D(+)-葡萄糖的传感器Cu-NPs/ZnO复合电极，该电极具有较高的灵敏度，稳定性，回复性，选择性及快速响应性等。

1968 年智利的zipper 在小动物实验中发现铜、锌等金属盐有明显的抗生育作用。1969 年Tatum 和Zipper 合作，比较惰性T 形宫内节育器（IUD）和带铜丝T 形IUD 的临床效果，证明铜确实能增加避孕效果且铜的表而积与避孕效果之间存在肯定的关系，利用纳米金属铜/聚合物基复合材料来制作IUD，其中的铜纳米颗粒在宫腔液中除产生具有避孕作用的可溶Cu2+外，由于纳米金属铜颗粒的尺寸效应，它的其它主要腐蚀产物之一的Cu2O也必然处于纳米尺度，因其具有巨大的表面积所产生额外的表面能，使Cu2O 处于非常不稳定的状态，进而更有效地转化成Cu2+。另外，由纳米金属/聚合物复合材料制成的IUD，不存在因金属铜的断裂和脱落而不得不提前取出等问题，可以最大限度地利用金属铜[7]。正因为这两方面的原因，金属铜的有效利用率可以得到极大的提高。在使用年限不变的情况下，由纳米金属/聚合物复合材料制作IUD，由于金属铜的有效利用率的大幅提高，可以大大地减轻含铜IUD 的重量，从而减轻含铜IUD 带来的某些副作用；在含铜IUD 中金属铜的含量不改变的情况下，由纳米金属/聚合物复合材料制成的IUD，由于金属铜的有效利用率的大幅提高，它的使用年限也将比现在的含铜IUD 大大延长。

2纳米铜的制备方法

一般要求纳米铜粉产物纯度高，粒径分布均匀且较窄，颗粒未团聚，表面未氧化，结晶好，超细铜粉的制备方法大致可以分为物理法、物理化学结合法和化学法，采用不同的工艺条件可以制备出具有较大差异的铜粉。

2.1 物理法

球磨法：利用介质和物料间相互研磨和冲击，并辅以助磨剂或大功率超声粉碎来达到微粒的细微化[8]。谢中亚等人[9]采用高能行星球磨机对粗颗粒铜进行研磨，在不同的球磨参数下，通过磨球的撞击使粉粒变形、焊合、断裂等过程不断地重复进行，随着时间的延长，颗粒不断细化，得到了超细铜纳米颗粒。

等离子体法：等离子体法的反应速度快、生产区域大、操作简单，几乎可以制备任何纯金属超细粉。直流电弧等离子体法(DC) 、高频等离子体法(RF)及混合等离子体法(Hybridplasma) 。DC法在高温条件下操作，电极容易熔化而污染产物；RF法的能量利用率低，稳定性差；混合等离子体法将前两法结合起来，既有较大的

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纳米铜粉制备工艺研究报告

等离子体空间，又有较高的生产效率，产品纯度高，方法稳定性好H. Suematsu等人[10]采用金属丝放电法（PWD），利用激光产生的瞬时高温使粗铜蒸发，然后冷凝，生成了铜纳米线，尺寸大概为50个纳米。

γ射线辐照法：γ射线辐照基本原理是将铜盐在γ射线下还原成铜粒子。γ射线使溶液生成溶剂化电子，不需要使用还原剂就可还原铜离子，经成核生长形成铜颗粒。γ射线的优点是在常温常压下易于操作，颗粒生成的同时进行保护，可以防止颗粒团聚，可规模化生产朱英杰等人[11]以CuSO4溶液为制备纳米铜原料，以十二烷基硫酸钠为表面活性剂，加入EDTA 二纳盐形成稳定的络合物，然后在Co源中辐照，水热处理数小时后即可得到金属纳米铜粉。

2.2化学法

溶胶-凝胶法：其过程是将金属有机醇盐或无机盐溶液水解，使溶质聚合成溶胶后再凝胶

固化，干燥后经磨细、煅烧得到纳米粒子。R. Thinesh Kumar，P. Suresh等人[12]采用一种称之为―Pechini‖的电输运的改进的溶胶-凝胶方法来制备纳米铜铝尖晶石氧化物，其过程：将硝酸铜及硝酸铝溶解在蒸馏水中，加入柠檬酸作为凝胶剂，室温下进行搅拌，调整溶液PH 值，600℃下焙烧，900℃下进行烧结，得到粒径为20-30nm的晶粒。

电解法：制备铜粉一种比较成熟且工业生产铜粉的常见方法。制备过程一般是间隔10～20min将沉积在阴极的铜粉刮掉，以避免颗粒长大。另外，还需经过球磨、分筛等工艺才能最终得到铜粉。超声电解法是改进的电解法，利用超声振动和空化作用产生高压或射流使沉积的铜颗粒脱离阴极表面，并以微小颗粒悬浮于电解液中。Ting-Kai Huang等[13]提到CuCl2溶解到CTAC及HNO3中，290 k温度下水浴加热，取溶液用碳电极中间加入直流电压电解，沿着碳电极就长出了宽为50nm、厚度为20nm、长度为10μm铜纳米带。

微乳法：两种互不相溶的溶液在表面活性剂作用下形成微乳状液，反应物在其中反应生成固相产物, 即双亲分子将连续介质分割成微小空间形成―微反应器‖，其成核、晶体生长、聚结、团聚等过程受到微反应器的限制，从而控制了纳米粒子的粒径，同时表面活性剂包膜也解决了纳米微粒团聚的问题，最终形成了包裹有一层表面活性剂的有一定凝聚态结构和形态的纳米粒子。

2.3 物理化学法

采用物理和化学相结合的方法，集物理方法和化学方法于一身，大量制备高纯铜及其合金纳米颗粒。

机械化学合成法：F. Shehata等[14] 采用两种不同路线合成了铜铝纳米复合材料，结论说明第三相更有助于合成颗粒更小的纳米复合材料。第一种是将铜加入到硝酸铝溶剂中，另外一种方法是将铜加入到硝酸铝及氢氧化铵的混合溶剂中，两种方法都是将混合液加热得到固体粉末，然后进行球磨，即可得到氧化铜及氧化铝的纳米材料。以氢气作为还原气氛还原氧化铜即可得到纳米铜颗粒。作者还进一步研究了将氧化铜及氧化铝在950℃，600Mpa的条件下进行烧结，第一种方法得到的CuAlO2尖晶石的尺寸为50nm，第二种方法得到的颗粒尺寸为30nm。另外Elina Manova等人[15]用二步法即共沉淀和机械球磨的方法制得了立方型铁钠米酸铜CuFe粉末。

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纳米材料制备技术

雾化法：通过将金属熔融后压入喷嘴，再利用压缩空气、惰性气体或水把熔融的金属吹散成极小的金属颗粒珠。美国等工业发达国家已逐步采用雾化氧化还原技术生产低松装密度铜粉来取代电解法生产铜粉，所生产的铜粉既有电解铜粉低的松装密度，又有水雾化铜粉的良好流动性。

3液相还原法制备纳米铜

化学方法合成纳米材料的方法之一，其原理是将还原剂加入到含铜盐的溶液中，在一定条件下，发生氧化还原反应，将铜离子还原成铜颗粒。常用的还原剂有甲醛、抗坏血酸、次亚磷酸钠、硼氢化钠/钾、水合肼、锌粉等。根据还原剂的不同，可分类为甲醛还原法、水合肼还原法、次亚磷酸钠还原法、抗坏血酸还原法、葡萄糖预还原法、锌粉还原法等，下面就其中几种制备方法作出总结。

3．1硼氢化钾还原法

早在2004年，国Kumar Niranjan, Jayanta Chakraborty[17]采用相同的还原剂，但制得了粒径为2～4nm的铜纳米材料。其制备方法可由下图1表示

图1 硼氢化钾还原法示意图

1 CuCl2·2H2O溶入到的HCl溶液中，制得50mM的CuCl2标准溶液，同样将NaHB4溶入到50 mM NaOH的氢氧化钠溶液中，制得硼氢化钠溶液。

2先将CuCl2加入到去氧水中中稀释，一会儿加入NaHB4溶液并立即用手进行振荡，在空气中可观察到溶液逐渐变红，说明铜粉被氧化。

3 相转移法制备纳米铜

将5ml的甲苯及20μL的正十二硫醇加入到10ml的铜胶体溶液中，充分震荡2分钟形成乳胶溶液。然后在此乳胶溶液中加入50mM HCl，并继续振荡1分钟，最后静置即可。

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纳米铜粉制备工艺研究报告

3.2水合肼还原法

即用水合肼(N2 H4 ·H2O)还原铜盐的方法。兰州理工大学于梦娇等人[18]用水合肼(N2H4·H2O)还原五水硫酸铜(Cu2SO4·5H2O) ，添加适量的OP等作为表面活性剂，在超声的条件下，还原剂采用滴入的方式加入到硫酸铜与OP的混合溶液中。得到平均粒径约40nm，颗径分布较窄、呈球形，表面未氧化的纳米铜粉。Wanheng Lu等人[19]以钴盐与镍盐摩尔比为1：1的量及适量的表面活性剂溶解在乙二醇溶液中，水浴加热一段时间后，加入氢氧化钠及水合肼，溶液变蓝，立即加热搅拌20-30分钟。经过冷却，离心，洗涤，干燥即可得到60nm 大小的CoNi颗粒。

另外湖南大学的Y an Zhao等[23]对氧化还原的机理作了进一步地研究，提出了当

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