[发明专利]氧化亚铜纳米片状粉体材料的阳极氧化两步法制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属基复合薄膜的制备方法，具体地说，涉及一种氧化亚铜纳米片状粉体材料的阳极氧化两步法制备方法。

背景技术

氧化亚铜（Cu₂O）是一种P型半导体材料，具有廉价、储存量大、易于获得、无毒和环境友好等优点。Cu₂O的禁带宽度约为2.1eV，是一种潜力巨大的半导体材料，在光伏产业、可见光条件下分解水制备氢气以及光催化分解有机污染物等领域有着广泛的应用前景。此外，Cu₂O特殊的晶体结构使得它在离子电池负极材料中有着巨大的应用潜力。传统的Cu₂O制备方法包括铜直接氧化、烧结法、有氧条件下溅射铜、化学气相沉积、化学还原法等，这些方法大多存在能耗高、成本高、污染高、产率低、可控性差等缺陷。

近几十年中，Cu₂O粉体和薄膜的电化学制备方法得到了空前的发展，电化学方法具有流程短、成本低、操作简单、产量高、工作环境良好和产品性能可控性高等诸多优点，可制备不同形貌和性能的氧化亚铜粉体和薄膜。在这些电化学方法中，阳极氧化法以其更低的成本和更高的产率得到了越来越多的关注。早在20世纪90年代，加拿大科学家W.C.Cooper和他的团队就系统地对阳极溶解金属铜制备氧化亚铜进行了系统地研究，探讨了原料、设备和工艺条件等因素对产物纯度、形貌和性能的影响，并总结和制定出一系列的工艺系统和规范。进入新世纪之后，随着脉冲电源、渗透膜技术和各种添加剂等应用于阳极氧化工艺，对于Cu₂O的微观形貌、各种性能的控制上升到了一个前所未有的高度。但以上述方法制备的Cu₂O颗粒大部分是分散于电解液中，制备完毕后需要通过过滤、干燥、提纯等工艺来获得纯净的Cu₂O粉体产物，在应用中也存在难以回收等缺点，如能在制备过程中就将粉体材料固定于一个基底上面，以上问题就能得到很好的解决。

无论是在光电转换方面、光催化方面，还是离子电池负极材料方面，如果想提高Cu₂O的性能，增大比表面积是一个必要的手段。在之前的阳极氧化方法中只能通过利用大电流脉冲电源或加入添加剂等方法来得到枝晶、微晶或多孔的Cu₂O粉体材料，不仅工艺复杂、能耗大，而且添加剂的去除也是一个难题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种氧化亚铜纳米片状粉体材料的阳极氧化两步法制备方法。本发明创新性地设计了一种以两步法（阳极氧化+发泡）来制备纳米片状Cu₂O粉体材料的方法，制备的Cu₂O粉体材料在微观上呈海绵状，比表面积大；此外，Cu₂O粉体附着在基底上，便于回收和再利用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种氧化亚铜纳米片状粉体材料的阳极氧化两步法制备方法，包括如下步骤：

A、阳极氧化（在铜箔表面制备氯化亚铜/氯氧铜薄膜/粉体）：以氯化铵缓冲溶液作为电解液，调节其pH值为4～10，以铜箔作为阳极，以石墨电极或铂电极作为阴极，进行阳极氧化反应；在该阳极氧化反应过程中，当电解液偏酸性时，铜箔基底上沉积的产物为氯化亚铜薄膜材料；当电解液偏碱性时，产物的表面出现氯氧铜粉体，并随着pH值的升高而增多；

B、发泡处理（在铜箔表面进一步制备氧化亚铜纳米片状粉体材料）：将所述步骤A中阳极氧化反应结束后的铜箔清洗、干燥，浸入低浓度的双氧水溶液中，发泡反应10～60min（此时，铜箔样品表面产生大量气泡，同时表面颜色变深）后取出，冲洗并烘干，所得到的附着在铜箔基底上的材料即所述氧化亚铜纳米片状粉体材料。

优选地，步骤A中，所述氯化铵缓冲溶液是将0.1～0.5mol氯化铵溶于1L去离子水中配制而成的。

优选地，步骤A中，所述铜箔为经清洗、打磨和抛光后的高纯铜箔。

优选地，步骤A中，所述电解液的pH值是通过加入稀盐酸或稀氢氧化钠溶液来调节的。

优选地，步骤A中，所述阳极氧化反应采用恒电流法，采用的电流密度为5～10mA/cm²。

优选地，步骤B中，所述发泡反应采用的光源为自然光或氙灯光源。该发泡反应受光照影响非常明显，反应速率：氙灯光源照射>自然光照射>暗处。

优选地，步骤B中，所述低浓度的双氧水溶液的质量百分比浓度为0.1%～1%。