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技术

本发明专利技术是一种泡沫铜负载多孔氧化铜纳米线复合材料，该材料包括泡沫铜基体，以及负载在表面的氧化铜纳米线；其中氧化铜纳米线长8~12μm，宽150~250nm，纳米线无开裂，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。本发明专利技术得到的复合材料，具有多级多孔结构，整个三维结构的孔隙丰富，适合光线透过，也适合离子传输。该结构用作光催化降解有机染料的降解效率可提高10倍以上，用作锂离子电池负极材料表现的容量保持率可提高30%以上。

Foamed copper supported porous copper oxide nanowire composite material, preparation method and application thereof

The present invention relates to a copper foam porous copper oxide nanowires composite materials, the materials including copper foam matrix, and the load on the surface of copper oxide nanowires; the copper oxide nanowires 8~12 long m, wide 150~250nm, nanowires without cracking, not easy to fall off, the micro nano wire has porous structure, hole the diameter of 2~4nm nanowires, macroscopic radial distribution, each 60~150 consists of a copper oxide nanowires genner microflowers. The composite material obtained by the invention has a multi-stage porous structure, the pore of the entire three-dimensional structure is rich, suitable for light transmission, and also suitable for ion transmission. The structure can be used for photocatalytic degradation of organic dyes, the degradation efficiency can be increased by more than 10 times, and the capacity retention rate of lithium ion battery anode material can be increased by more than 30%.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及氧化铜材料
，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。
技术介绍
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ScientificReports2015，5：16115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/LNaOH溶液、10mAcm-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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的技术方案是：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。所述的有机染料优选为罗丹明B，甲基橙和亚甲基蓝中的一种或多种。上述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，所用的原材料和设备均通过公知的途径获得，所用的操作工艺是本
的技术人员所能掌握的。本专利技术的实质性特点为：首先当前技术中制得的是无孔的纳米线阵列，而本专利技术制备的是具有纳米多孔结构的纳米线，且纳米线呈放射状，每60～150根纳米线组成一个氧化铜微米花，提高了反应的活性和空间，二是所制备纳米线比以往材料宽度更窄，尺度更细，发生的化学反应更充分，三是所制备纳米线更完整、不开裂，在反应中不易从基体脱落，提高了性能保持率。制备方法中，本专利技术的实质性特点一是不同于以往选用氢氧化钠溶液，本专利技术采用的是氢氧化钾溶液，随之带来了更高的离子传输速率，促进了阳极氧化反应的进行；二是阳极氧化反应中各参数设置与以往工作不同，溶液浓度、反应温度、电流密度和反应时间都比以往工作要低，从而有目的的控制着纳米线的适度生长及其最终形态，三是与该反应匹配的煅烧工艺比以往的处理温度更低，而处理时间延长，从而防止了纳米线表面的开裂，有助于纳米线上纳米孔的形成。本专利技术的有益效果是：本专利技术在导电性良好的泡沫铜骨架上合成出具有纳米多孔结构的氧化铜纳米线，整个三维结构的孔隙丰富，适合光线透过，也适合离子传输。具体体现在：(1)本专利技术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，以泡沫铜金属为骨架，在其表面构建出三维多孔的氧化铜纳米结构，其孔隙丰富，适于光线透过和光催化降解反应的进行，适于锂离子与氧化铜之间的充分反应，抑制了电池容量的衰减；(2)本专利技术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，材料制备工艺简单，降低了设备复杂性，减少了能耗，缩短了工艺周期，适于规模化生产；(3)本专利技术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，所制备氧化铜纳米线在泡沫铜基体原位合成，结合稳固，表面不开裂，完整性好，在光催化降解有机染料过程中不会脱落，反应后便于循环使用，避免了粉末材料引发的二次污染，且作为锂离子电池负极时无需混入导电剂和粘结剂，省去了涂膜和烘干操作，节约了实验成本，缩短了工艺时长；(4)本专利技术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，所合成的氧化铜纳米线上还具有纳米多孔结构，与不具备多孔结构的氧化铜纳米线相比，该结构用作光催化降解有机染料的降解效率可提高10倍以上，用作锂离子电池负极材料表现的容量保持率可提高30％以上。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为实施例1制得泡沫铜负载多孔氧化铜纳米线复合材料表面的低倍SEM形貌图。图2为实施例1制得泡沫铜负载多孔氧化铜纳米线复合材料表面的高倍SEM形貌图。图3为实施例1制得多孔氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泡沫铜负载多孔氧化铜纳米线复合材料，其特征为该材料包括基体，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。

【技术特征摘要】
1.一种泡沫铜负载多孔氧化铜纳米线复合材料，其特征为该材料包括基体，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。2.如权利要求1所述的泡沫铜负载多孔氧化铜纳米线复合材料，其特征为所述的泡沫铜厚0.9~1.0mm，韧带宽70~100μm，孔径150~250μm，纯度99.95wt.%，孔隙率78~82%。3.如权利要求1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，其特征为包括以下步骤：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志峰，张燕山，费鹏扬，秦春玲，赵维民，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12