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生长机理

纳米技术的发展衍生出多种合成方法以制备不同形貌以及尺寸的氧化铜纳米结构。然而，合

成过程中，不同形态的氧化铜纳米结构的生长机制还没有完全理解，大量的研究已开展以确

定不同氧化铜纳米结构的生长机理。在本节中，我们简要地回顾氧化铜纳米结构最重要的生

长机制。

3．1定向附着

定向附着被定义为一种特殊类型的晶体生长，其中小的微晶通过其合适的晶面或面附

着到彼此沿相同的晶向生长。在这个意义上，最终聚集体可以看作是原始晶粒以不可逆和高

度取向的方式构建而成的大单晶。

Zhang等人通过定向附着方法实现了几百个单斜晶系氧化铜纳米粒子以一种各向异性

聚合系方式生长为均匀椭球单晶结构。室温下可以观察到阶段性地取向和聚集在三个维度

上，这归因于数量有限的纳米粒子在早期阶段沿着优先1D[001]方向在母液中生成初级氧

化铜纳米粒子。然后，几百个纳米颗粒的三维取向聚集所形成的单晶结构如图30所示。单

斜晶系氧化铜纳米粒子的各个晶面的选择性吸收甲酰胺分子在均一的椭圆形单晶结构的各

向异性生长中发挥关键作用。

Liu等人发现，二维层状椭圆形的CuO纳米片和包括纳米亚基（nanosizedsubunits）3

维的CuO纳米椭圆体基本上具有相同的尺寸，在早期生长阶段获得的初级晶体。这种现象

表明，最终产品实际上是通过定向附着生长机制而得到的最初的小前体。单个椭圆形纳米片

是由层状纳米带构成，并沿晶体的[001]轴的斑点状外观显示出了几乎单晶衍射图案（图31），

这表明氧化铜纳米片是通过小纳米带沿[010]方向定向附着形成的。图31b为2个连接的

CuO纳米带高分辨透射电子显微镜表明，纳米带是单结晶。条纹间距的测量约为2.7Å，这

对应于单斜CuO的[110]晶格条纹，这表明纳米带的生长方向是[010]。此结果证实了氧化

铜纳米片是通过定向附着的小纳米带沿[010]方向形成的假想。图31c为一个孤立的氧化铜

纳米椭球的TEM图，显示出粗糙表面，表明该结构由小的纳米颗粒组装而成。整个椭圆体

的选区电子衍射（图31c中的插图）表明，椭圆体的整个结构是单晶且优先沿[010]方向生

长。来自单个CuO纳米椭圆体的头部部分和中心面的HRTEM图像（图31d与e）表明这两

个边缘间距都为2.3Å，这对应于单斜CuO的（200）平面，证实了该长轴方向为沿[010]。

这个结果意味着亚基定向彼此组装最后形成单晶结构。

有趣的是，刘，曾报道了用定向附着机制解释水热法形成蒲公英状结构空心CuO微球。

空心微球由小结晶条获得，而这些结晶条还包含更小的1维纳米带（图32）。关于氧化铜微

球内部空间的构建有两层组织方案:(1)较小的纳米带通过定向聚集形成中尺度的菱形建筑

单元和（2）这些单位的宏观组织即为氧化铜微球，这有利于最初纳米带发展成最终蒲公英

状的空心氧化铜。

此外，徐等人通过分层定向附着首次实现了从一维Cu(OH)2纳米线到2维CuONLs大

规模的过渡过程。多晶Cu（OH）纳米线由定向附着首先演变成单晶Cu（OH）NLs。然

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后，所形成的结晶性Cu（OH）NLS通过重建性转变为单晶CuONLs。转化过程由氧化铜

2

成核，以及随后通过两步定向附着由氧化铜颗粒转换为1D（1维）的CuO纳米带，然后到

2D（2维）的CuONLs这个过程组成。这表明，定向附着在氧化铜不同形态的纳米结构的

整个NC生长过程中起着关键作用。1D（一维）带状和2D（2维）叶片状的生成（assembly）

是由于表面能和顺序性降低所引起的热力学，这产生于晶面间的表面能的差别。Volanti等

人把通过微波辅助水热法合成的海胆状CuO纳米结构也归因于经由定向附着由粒子聚集生

长形成。他们观察到初级氧化铜纳米粒子核逐步聚集和定位转变成3D（3维）海胆状的氧

化铜纳米结构。根据报道，在早期阶段