[发明专利]一种碳包覆氧化亚铜的制备方法及碳包覆氧化亚铜

说明书

技术领域

本发明涉及氧化亚铜制备方法领域，尤其涉及一种碳包覆氧化亚铜的制备方法及采用该方法制备的碳包覆氧化亚铜。

背景技术

纳米氧化亚铜是一种可见光响应下的缺位P型半导体材料，禁带宽度为2.0ev左右，其独特的光、电特性可广泛应用于海洋防污涂料，催化剂、太阳能电池、传感器等材料。但是氧化亚铜在空气中易被氧化，大大限制了其在高温和氧气环境下的广泛应用，因此氧化亚铜的表面改性研究受到国内外诸多学者的关注，其中用碳包覆氧化亚铜成为研究热点。近年来随着氧化亚铜纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。

广袤的海洋为人类带来了丰富的自然资源，然而在人类开发海洋资源的过程中遇到了生物污损的重大难题，任何浸入海水的物体在数分钟内表面就会吸附一层有机物，形成条件膜，然后细菌和硅藻等相继在条件膜上附着并分泌胞外代谢产物形成微生物膜或黏膜。随后其它原核生物、真菌、藻类孢子以及大型污损生物幼虫在膜中发育生长，最后形成复杂的大型污损生物层。海洋生物在船体上附着生长会增加船舶的重量和船底表面的粗糙度，产生船舶航行时的阻力，消耗更多的燃料，损害动力机械，缩短坞修时间间隔以及缩短船舶的使用寿命，从而带来巨大的经济损失。在过去的几十年中, 含有机锡为主、氧化亚铜为辅助防污剂的防污漆曾被大量使用。有机锡在低浓度下可以达到广谱、高效的防污目的, 但由于这些物质在水中稳定并会逐渐积累, 可引起一些生物体畸形,还有可能进入食物链, 成为影响人类健康和生态的安全隐患。因此, 国际海事组织(IMO)所属的海洋环境保护委员会(MEPC)规定了含有机锡的防污漆最终使用期限为2008年1月1日。氧化亚铜具有低毒、安全、价廉等优点，将会取代有机锡成为自抛光型防污涂料的主要防污剂。但其同时存在易沉降、释放速率不稳定等缺点，因此改善氧化亚铜与高分子基料的相互作用，使其能够稳定释放是各国都在积极研发的热门课题。

1998年Ikeda等人首次报道P型半导体Cu₂O能够在太阳光下催化分解水制备氢气后，其在光学、电学、磁学等特性方面的潜在应用开始受到人们的关注。用于光解水的半导体光催化剂的价带必须比O₂／H₂O电对的氧化还原电极电势(+ 0.182ev)更正才能产生O₂，导带必须比H⁺／H₂O的氧化还原电势(- 0.141ev)更负才能产生H₂，即理论禁带宽度大于1.23 ev，考虑到过电位，最合适的禁带宽度为1.8 ev。Cu₂O半导体的禁带宽度为2.0~2.2 ev，其导带和价带电位均适合水的还原和氧化，且能够对波长小于600nm的可见光响应。因此，氧化亚铜作为可见光响应下的催化剂，可普遍应用于染料有机污染物的光降解。

随着能源问题的日益严峻，人们对太阳能的研究也日益迫切和深入。太阳能电池是太阳能进行光电转换最直接的形式，受到人们的热捧。目前太阳能电池的种类已从硅系列的单晶硅、多晶硅、非晶硅以及薄膜硅电池扩展到Ⅲ一V族半导体(如GaAs、InP等)形成的单结、多结太阳能电池。太阳能电池结构和种类的变化主要是为了寻求成本更低、稳定性更好、性价比更高的电池。作为廉价稳定的氧化物材料，氧化亚铜具有原料丰富、无毒、成本低的特点，禁带宽度为2.0~2.2ev，接近太阳光谱，因其电池的理论光电转换效率高达20％而受到广泛关注。从氧化亚铜作为光电转换材料引起关注的20世纪70年代到现在，氧化亚铜电池的研究进展仍然很有限，主要由氧化亚铜的制备方法、电池的特点所决定。

目前氧化亚铜的制备方法主要有烧结法、低温固相法、水解法、化学沉淀法、电化学法、溶胶一凝胶法、辐照还原法、化学气相沉积法、喷雾热解法等。这些方法工艺复杂，成本高、产量低。目前还没有简便易行、成本低廉且产量高的方法来制备氧化亚铜。

因此现有技术还有待改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有制备技术的不足，本发明的目的在于提供一种碳包覆氧化亚铜的制备方法，旨在解决现有技术中制备氧化亚铜工艺复杂，且成本高、产量低的问题。同时包覆的碳可以对氧化亚铜起到保护避免其被氧化，并可解决氧化亚铜的控制释放问题。

本发明的技术方案如下：

一种碳包覆氧化亚铜的制备方法，包括以下步骤：

S100、将液态丙烯腈低聚物（LPAN）溶液在100~200℃下搅拌100~200h，形成微环化的丙烯腈低聚物溶液；