[发明专利]一种泡沫铜负载多孔氧化铜纳米线复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及氧化铜材料技术领域，具体地说是一种由泡沫铜负载的多孔氧化铜纳米线及其制备方法和应用。

背景技术

氧化铜是一种p型半导体材料，其禁带宽度较窄，约1.2eV，具有良好的电化学活性，已在陶瓷、釉及搪瓷、石油脱硫剂、杀虫剂，制氢、绿色玻璃等领域发挥了巨大作用，并在光催化降解有机染料、用作锂离子电池负极材料等方面展现出吸引人的应用潜力。

现有技术中，CN106115763A公开了一种氧化铜球形等级结构材料的制备方法，该方法制备的产物为氧化铜纳米粉末，其制备过程中需要在400～600℃进行煅烧，耗能量大，加大了成本。该粉末样品用于催化降解有机染料前，需于黑暗中搅拌溶液30分钟，使材料达到吸附平衡再进行光照实验，材料处理过程较为复杂。粉末样品在应用后亦不易收集，易引发二次污染，增加了后期处理的工艺复杂性。CN104925846A公开了一种纳米氧化铜的制备方法及其在锂电池中的应用，该方法所得纳米氧化铜粉末不能直接作为锂离子电池负极材料而使用，需要加入导电剂、粘结剂并混合均匀后，涂于集流体上，烘干后再使用，从而增加了生产周期和制备的成本。CN105514406A公开了一种氧化铜纳米线阵列在室温下的制备方法，该方法需使用高质量浓度(28％)的氨水参与反应，反应时间96小时，该工艺条件对环境和工人健康有潜在威胁，且工艺时间较长，不适合快速规模化生产。此外，该专利以铜片为基底在铜片表面生长氧化铜纳米线阵列，并将其应用于锂离子电池负极，由于铜片基底本身无多孔结构，降低了反应的充分性，加大了锂离子与内部纳米线的传输距离，且多次循环后，纳米线易粗化合并，使电池性能衰减。论文Scientific Reports 2015，5：16115公开了一种结合阳极氧化法和煅烧工艺在多孔金属铜表面生长氧化铜纳米线的方法，首先在25℃、3mol/L NaOH溶液、10mA cm^-2的电流密度下将泡沫铜阳极氧化30分钟，再将其在180℃煅烧1小时，得到以泡沫铜为基体的氧化铜纳米线复合材料，该方法所合成氧化铜纳米线较粗，直径约450nm，纳米线上无更细小纳米级孔洞结构，将影响该材料作为光催化降解剂和锂离子电池负极材料的性能和效率，且所制氧化铜线经煅烧后表面开裂，影响了其机械完整性。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种泡沫铜负载多孔氧化铜纳米线复合材料及其制备方法和应用。该材料以泡沫铜为基体，基体表面负载有多孔氧化铜纳米线，纳米线呈放射状分布，每60～150根纳米线组成一个氧化铜微米花，从而形成了具有多级多孔(泡沫铜的宏孔-纳米线间的微米孔-纳米线上的纳米孔)结构的复合材料。其制备方法中，以三维多孔泡沫铜金属为骨架，采用氢氧化钾溶液为电解液，并利用阳极氧化法和随后的煅烧工艺制得。本发明所制备纳米线比以往材料宽度更窄，尺度更细，更完整，不易开裂，且纳米线还具有多孔结构，在光催化降解有机染料、用作锂离子电池负极材料两个领域展示出结构和性能优势。

本发明的技术方案是：

一种泡沫铜负载多孔氧化铜纳米线复合材料，该材料包括基体，以及负载在其表面的氧化铜纳米线；其中氧化铜纳米线长8～12μm，宽150～250nm，纳米线表面无开裂，完整性好，不易脱落，微观上纳米线具有多孔结构，孔直径为2～4nm，宏观上纳米线呈放射状分布，每60～150根纳米线组成一个氧化铜微米花，氧化铜在基体上的负载厚度为8～12μm；

所述的基体为泡沫铜，厚0.9～1.0mm，韧带宽70～100μm，孔径150～250μm，纯度99.95wt.％，孔隙率78～82％。

所述的泡沫铜负载多孔氧化铜纳米线复合材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，阳极氧化法合成氢氧化铜纳米线

将泡沫铜材料清洗，风干后取两个相同的泡沫铜基体分别与直流电源的正、负极相连，浸于0.8～1.2M氢氧化钾溶液中进行阳极氧化，其中，溶液温度设定在18～23℃，在8～9mA/cm²的电流密度下阳极氧化8～12min，再将连接正极的基体清洗后风干，得到泡沫铜负载的氢氧化铜纳米线复合材料；

第二步，煅烧制多孔氧化铜纳米线

将第一步制得的泡沫铜负载的氢氧化铜纳米线复合材料，置于真空干燥箱中于170～175℃煅烧1.5～2.5h，然后真空干燥后，得到泡沫铜负载多孔氧化铜纳米线复合材料。

所述的一种泡沫铜负载多孔氧化铜纳米线复合材料的应用，用于光催化降解有机染料或用于自支撑的锂离子电池负极材料。