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研究生：	莊創年
論文名稱：	不同形貌銅奈米粒子之制備及特性分析與機制探討
指導教授：	陳家俊 Chen, Chia-Chun 陳貴賢 Chen, Kuei-Hsien 林麗瓊 Lin, Li-Chyong
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	化學系 Department of Chemistry
論文出版年：	2008
畢業學年度：	96
語文別：	中文
論文頁數：	68
中文關鍵詞：	銅、形貌、程溫還原
英文關鍵詞：	copper, shape, TPR
論文種類：	學術論文
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當物體大小達奈米等級後其性質會有相當大的變化，使得其物理或
化學性質與巨觀時有些不同，奈米顆粒的大小與形狀對這些性質有很強
的影響，因此在近幾年來引起許多學者專家的注意。其中由於銅具有良
好的導電率(electrical conductive)、熱傳導(thermal conducting)和絕佳的
觸媒特性(catalytic)，價格又相對便宜，因此受到廣泛的研究。要合成出
穩定、分散性好，且具有單一形狀的銅奈米粒子是很困難的，主要是因
為銅非常容易氧化。
在本篇論文中我們利用有機化學還原法合成法，並藉由改變界面活
性劑合成出多面體(cuboctahedral)、方形與柱狀三種銅奈米粒子，而方
形與柱狀的產率為 85.54%、34.20%，多面體則是接近百分之百。藉由
SEM、TEM、XRD、XPS與UV-Vis分析儀器來鑑定其組成結構。從實驗
結果可以得知在控制形狀的反應機制中界面活性劑HDA可以選擇性的
還原出單一晶種，TOPO則是可以選擇性的吸附在晶種的(100)面上，藉
此合成出高產率的方形結構。最後由TPR的結果可以得知，我們所合成
的銅奈米粒子在活性上具有不錯的穩定性。

The shapes and sizes of nanoscaled materials have attracted extensive
attention in recent years, due to their strong effects on the physical and
chemical properties of materials. Copper particles have been widely studied
because of its high electrical conductivity, thermal conducting and excellent
catalytic property. The synthesis of stable, monodisperse, well-defined
copper nanoparticles is difficult, partially because of copper’s propensity for
oxidation. This report describes the findings of an investigation of the
synthesis of copper nanoparticles in organic chemical reduction and
controlled shapes including 100% cuboctahedral, 34.20% rods and 85.54%
cubes by manipulate surfactant. The different shapes of copper nanoparticles
are characterized using SEM, TEM, XRD, XPS and UV-Vis. From the result,
we demonstrated the synthesis mechanism combination of the selective
formation of uniform seeds by HDA and a selective growth direction due to
the preferential adsorption of TOPO on the certain nanocrystal 100 face is
believed to lead formation of cube-shaped particles. The synthesis copper
nanoparticles have high stable catalytic property from the TPR results.

總目錄
總目錄 …………………………………………………………………I
圖目錄 …………………………………………………………………III
表目錄 …………………………………………………………………V
摘要 …………………………………………………………………VI
Abstract ………………………………………………………………VII
第一章 緒論.................................................................................................1
1-1 前言................................................................................................1
1-2 燃料電池.........................................................................................3
1-3 氫的來源.........................................................................................9
1-4 甲醇重組製氫...............................................................................13
第二章 奈米銅的合成................................................................................19
2-1 文獻回顧.......................................................................................19
2-2 研究動機.......................................................................................21
第三章 實驗...............................................................................................25
3-1 實驗裝置.......................................................................................25
3-2 實驗用儀器...................................................................................26
3-3 實驗用藥品...................................................................................29
3-4 銅奈米微粒的合成及步驟.........................................................30
3-4-1 不同比例界面活性劑與製程的影響................................30
3-4-2 不同界面活性劑的影響....................................................32
第四章 結果與討論..................................................................................34
4-1 不同比例界面活性劑與製程的影響...........................................36
4-2 不同界面活性劑的影響...............................................................48
4-3 活性測試.......................................................................................62
第五章 結論與未來展望............................................................................68
參考文獻.....................................................................................................69
圖目錄
圖1-1 燃料電池發電容量與適用範圍........................................................7
圖1-2 (a)質子交換膜燃料電池原理(b)元件組成示意圖............................8
圖1-3 各種儲存氫氣效率比較圖………………………………………… 11
圖1-4 甲醇重組製氫基本原理示意圖......................................................14
圖2-1 銅奈米粒子合成流程圖..................................................................24
圖3-1 反應裝置圖......................................................................................25
圖3-2 (a)SEM (JEOL JSM-6700F) (b)TEM (JEOL JEM-2100)儀器圖.....27
圖3-3 (a)X 光繞射分析儀(b)程溫還原/氧化分析儀機台裝圖................28
圖4-1 合成反應機制與界面活性劑與晶種所扮演的角色.......................35
圖4-2 加入界面活性劑OA、OLAm 各4ml，並直接加熱到240℃的銅
奈米粒子TEM 影像圖….……………………………………….. 37
圖4-3 加入界面活性劑OA、OLAm 各4ml，並直接加熱到240℃的銅
奈米粒子之 (a) UV-Vis 光譜圖(b) 粉末X 光繞射圖...............38
圖4-4 加入界面活性劑OA、OLAm 各10ml 之銅奈米粒子TEM 影像圖
......................................................................................................40
圖4-5 加入界面活性劑OA、OLAm 各10ml 且在120℃持溫30 分鐘之
銅奈米粒子(a)TEM 影像圖(b)粒徑大小分布圖............................ 42
圖4-6 加入界面活性劑OA、OLAm 各10ml 且在160℃持溫30 分鐘銅
奈米粒子(a) UV-Vis 光譜圖(b) X 光繞射圖.................................. 43
圖4-7 加入界面活性劑OA 10ml、OLAm 1ml TEM 影像圖.................45
圖4-8 加入界面活性劑OA10ml、OLAm 1ml TEM 影像圖..................46
圖4-9 加入界面活性劑OA10ml、OLAm 1ml 之(a)形狀分布圖(b) 粒徑
大小分布圖..................................................................................47
圖4-10 加入界面活性劑TOPO 129mg、 CA 192mg、OA 6ml、OLAm 2ml
反應溫度為290℃TEM 影像圖..................................................50
圖4-11 加入界面活性劑TOPO 129mg、 CA 192mg、 OA 6ml、OLAm 2ml反應溫度為290℃(a)形狀分布圖(b)柱狀長度分布圖...............51
圖4-12 加入界面活性劑TOPO 129mg、 CA 192mg、 OA6ml、OLAm 2ml
反應溫度為290℃(a) UV-Vis 光譜圖(b)X 光繞射圖.................52
圖4-13 加入界面活性劑TOPO 129mg、HDA 120mg、OA 6ml 之
(a)(b)TEM (c)選區繞射(SAED) (d)SEM 影像圖........................55
圖4-14 加入界面活性劑TOPO 129mg、HDA 120mg、OA 6ml 之(a)形狀
分布圖(b)粒徑大小分布圖..........................................................56
圖4-15 加入界面活性劑TOPO 129mg、HDA 120mg、 OA 6ml 之(a)
UV-Vis 光譜圖(b)粉末X 光繞射圖............................................57
圖4-16 加入界面活性劑TOPO 129mg、HDA 120mg、 OA 6ml 之XPS
光譜圖(a) widescan (b) Cu 2p3/2.................................................59
圖4-17 加入界面活性劑TOPO 129mg、HDA 120mg、 OA 6ml 之(a) P 2p3/2
(b) N 1s XPS 光譜圖....................................................................60
圖4-18 TPR,TPO 表面結構特性分析之材料前處理示意圖....................62
圖4-19 純銅之(a)TPR/TPO/TPR 三段式氧化還原圖(b)第一與第二段TPR
比較圖..........................................................................................67
圖4-20 Cu/SiO2 1/3 之(a)TPR/TPO/TPR 三段式氧化還原圖(b)第一與第
二段TPR 比較圖……………………………………………… 66
圖4-21 Cu/SiO2 3/1 之(a)TPR/TPO/TPR 三段式氧化還原圖(b)第一與第
二段TPR 比較圖……………………………………………… 67
表目錄
表1-1 各種燃料電池基本特性的比較.......................................................6
表1-2 為不同製氫反應的比較..................................................................16
                                

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