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1、第51卷第4期武汉大学学报(理学版)Vol.51No.42005年8月J.WuhanUniv.(Nat.Sci.Ed.)Aug.2005,416～420文章编号:167128836(2005)0420416205碱式碳酸铜在空气中的热分解动力学1111,2曹瑰华,从长杰,陶友田,张克立(1.武汉大学化学与分子科学学院,湖北武汉430072;2.武汉大学纳米科学和技术研究中心,湖北武汉430072)摘要:用差热分析(DTA)和热重分析(TG)测定了碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3在空气中的热分解曲线.运用X2射线粉末衍射
2、(XRD)、透射电镜(TEM)等技术对碱式碳酸铜热重分解产物进行了表征.实验结果表明,碱式碳酸铜在空气中分解生成粒径约为10nm的CuO.用Friedman法和Flynn2Wall2Ozawa(FWO)法求取了Cu2(OH)2CO3热分解的活化能为175.53kJ/mol,并用多元线性回归给出了分解过程的可能机理函数.关键词:碱式碳酸铜;热重2差热分析;X2射线粉末衍射;动力学中图分类号:O614.81文献标识码:A等转化率法,先得到活化能,再由一种非等温数据处0引言理方法如多元线性回归法对非等温热分析数据进行拟合以确
3、定反应的动力学方程和参数.金属氧化物是一类极其重要的化合物,在高新技术领域,诸如高频高磁感应、精细陶瓷、电子元件、1实验部分传感器、催化剂、高能二次电池、高温超导以及各种[1]功能材料领域有着非常重要的应用.近年来,随着1.1试剂与仪器纳米科技的迅猛发展,金属氧化物的合成及其结构、碱式碳酸铜(Cu2(OH)2CO3,AR级,北京化工形貌、性质的研究备受瞩目.CuO作为一种多功能厂产);NetzschSTA449综合热分析仪(德国,耐精细无机材料,在印染、陶瓷、玻璃及医药等领域的驰公司);NetzschDSC200差热扫
4、描量热仪(德国,应用已有数十年的历史.而作为催化剂的主要活性成分,它在氧化、加氢、C1化学合成、NOx还原、CO耐驰公司);BrukerD82AdvanceX2射线衍射仪(德及碳氢化合物燃烧、精细化工等多种催化反应中也国,布鲁克公司);日本JEM2010高倾转型透射电得到了广泛的应用[2].当材料的粒度达到纳米级时,子显微镜;Netzschthermokinetic软件.其功能将更加独特.因此CuO纳米材料的制备方1.2实验方法法、聚集状态、与其他组分或载体的作用状况及催化1)热分析实验碱式碳酸铜的热重和差热分活性等成
5、为当前功能材料发展的研究热点之一.作析实验于空气(静态)中在综合热分析仪和差热扫描为氧化物的合成方法,先驱物法不失为一种简单有量热仪上进行.样品质量:热重2差热分析(TG2[3,4][5,6]DTA)实验为9.60～10.10mg;差示扫描量热效的方法.作为先驱物,常采用金属羧酸盐,其中草酸盐、碳酸盐先驱物等使用普遍[7,8].热分析(DSC)实验为6.88mg.升温速率:TG2DTA实验分方法在了解先驱物热分解反应的物理化学过程中扮别为1,2,5,15℃/min;DSC实验为10℃/min;升[5～10]温范围演了一
6、个重要的角色.:从室温至600℃.根据热分析曲线上的数本文采用热分析方法研究了碱式碳酸铜在空气据,进一步在综合热分析仪上收集不同温度点的分中的热分解过程,用X2射线粉末衍射(XRD)和透射解产物.电镜(TEM)技术对热分解产物进行了表征,并利用2)X2射线粉末衍射实验参照文献[11]方法,收稿日期:2004211230基金项目:国家自然科学基金资助项目(20071026)作者简介:曹瑰华(19542),女,副教授,现从事化学实验教学与无机材料研究.E2mail:caogh@chem.whu.edu.cn第4期曹瑰华等:
7、碱式碳酸铜在空气中的热分解动力学417用微量X2射线粉末衍射法,在X2射线衍射仪上测定DTA曲线的一个峰相吻合.TG2DTG2DTA曲线都碱式碳酸铜分解产物的XRD谱图.实验条件为:镍表明样品在500℃以下的热分解过程是一步完成滤光片和石墨单色器滤波,转动阴极铜靶Kα1辐的.失重率为28.45%.由此可推测,分解残留物为射,管电压40kV,管电流50mA,波长0.154178CuO.根据计算,其理论失重率为28.04%,与实验nm,扫描速率8°/min.样品为热分析过程中400℃值相当吻合.下的固体残留物,质量为5mg
8、左右.2.2DSC2DDSC分析3)透射电镜分析实验用透射电子显微镜对碱式碳酸铜在空气中升温速率为10℃/min时热分解固体残留物进行观察.的DSC2DDSC(差示扫描量热2微商差示扫描量热)曲线如图3所示.由图3可知,DSC曲线与DTA曲2结果与讨论线完全一致.DDSC曲线说明DSC曲线的两个峰都是单一的、无重叠的峰.由图3可以
