[发明专利]一种采用欠电位沉积技术制备复合铜纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种采用欠电位沉积技术制备复合铜纳米线的方法。

背景技术

为了有效防止金属氧化，提高导电性和抗腐蚀性，传统方法是采用电镀。电镀就是利用电解原理在某些金属表面镀上其他薄层金属或合金的过程。但是要想获得超薄纳米结构的复合金属纳米线，电镀已经不再适合。对于铜纳米线的制备，传统上多采用化学还原法，但是实验过程苛刻，也较为繁琐也不理想，且单纯化学方法制备的铜纳米线极其容易被氧化，对实验设备要求比较高，不易控制包覆金属的厚度，亦不利于其在透明导电材料中的应用。

金属的欠电位沉积是指一种元素在另一种元素上沉积，所需电势正于这种元素在自身元素上沉积所需电势。研究表明，只有当功函数较小的金属向功函数较大的金属沉积时，才有可能发生欠电位沉积。铜金属欠电位沉积，是在铜表面沉积获得异种金属单原子层的有效方法。目前，已有相关文献报道了银、铜、锡、铅等在金、铂等贵金属表面上的欠电位沉积，而对于银、锌或者镍在铜表面欠电位沉积的研究甚少。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述铜纳米线易被氧化，难以在铜纳米线表面沉积金属单原子层的问题，提供一种欠电位沉积技术制备复合铜纳米线的方法。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

本发明的一种采用欠电位沉积技术制备复合铜纳米线的方法，包括：

步骤1多孔阳极氧化铝(AAO)模板的制备：先清洗除去高纯铝片表面杂质，再采用碱液去除铝片表面的氧化层，然后采用电镀方式获得粗制AAO模板后，将粗制AAO模板放入质量分数为1.5-10％的磷酸溶液中，扩孔至少3分钟，最后用去离子水冲洗干净即得AAO模板；

步骤2采用电化学沉积制备铜纳米线：配置浓度为0.05mol/L～0.1mol/L的硫酸铜溶液，再加入1-5克硼酸，得到混合电解液；以AAO为工作电极，碳棒为对电极进行电镀沉积铜纳米线，沉积结束后，用去离子水洗净AAO模板；

步骤3在铜纳米线表面欠电位沉积金属单原子层：将沉积有铜纳米线的AAO模板为工作电极，铂丝为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，金属化合物溶解于H₂SO₄中的溶液为电解质溶液，进行欠电位沉积后，取出沉积有铜纳米线的AAO模板，放入碱液中，除去模板，离心洗涤至少2次，得到表面沉积有金属单原子层的铜纳米线。

进一步的，步骤1所述的高纯铝片表面杂质采用乙醇溶液超声20分钟去除，再用去离子水清洗。

进一步的，步骤1和步骤3所述的碱液为1mol/L的氢氧化钠溶液。

进一步的，步骤1所述的获得粗制AAO模板的电镀工艺为：以铝片作阳极，碳棒作阴极，浓度为0.1mol/L～1.0mol/L的草酸溶液为电解液，在20～60V恒压的条件下持续搅拌得到。

进一步的，步骤2所述电镀沉积铜纳米线为：交流电压恒定10V，沉积时间为10～100分钟制备铜纳米线。

进一步的，步骤3所述金属化合物溶解于H₂SO₄中的溶液，为0.1mmol/L～0.01mol/L的金属化合物溶于0.1mol/L的H₂SO₄溶液中。

进一步的，步骤3所述所述金属化合物为AgNO₃(或者Zn(NO₃)₂、Ni(NO₃)₂)。

进一步的，步骤3所述铜纳米线表面欠电位沉积过程为：室温下，在0～1.0V电位下，以10mV/s的扫速进行循环电位扫描，欠电位沉积20s～60s。

进一步的，步骤1所述磷酸溶液质量分数为5％，扩孔时间为10分钟；步骤2所述的硼酸用量为3克；步骤3所述离心洗涤为三次。

本发明的有益效果为：

本发明通过欠电位在铜表面沉积金属单原子层，制备复合金属纳米线，防止铜纳米线的氧化，同时降低透明导电材料应用成本。本发明方法可成功获得金属单原子层包覆铜纳米线的复合金属材料，本发明实验过程简便，能够制备超薄复合金属纳米线，且分散性好、粒径均一。

具体实施方式