[发明专利]一种纳米多孔铜负载超细氧化铜纳米线复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明为一种纳米多孔铜负载超细氧化铜纳米线复合材料及其制备方法和应用。该材料为棒材，包括非晶基体、覆盖在非晶基体上的纳米多孔铜以及负载在纳米多孔铜表面的超细氧化铜纳米线；所述的非晶基体为Cu_xZr_yAl_z合金成分，其中x，y，z为原子百分比，45≤x≤50，45≤y≤50，5≤z≤10，且x+y+z＝100；其中纳米多孔铜层厚85～135μm，韧带宽118～138nm，孔径尺寸30～100nm，纳米线长4～10μm，宽5～15nm，每20～30根纳米线团簇成一束。本发明首次发明在纳米级尺寸基体上构建氧化铜纳米线。纳米线状氧化铜与纳米多孔铜金属表面紧密结合，使制备的材料更加高效地光催化降解有机染料。

技术领域：

本发明涉及氧化铜材料技术领域，具体地说是一种纳米多孔铜负载超细氧化铜纳米线复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

近年来由于工业化和人口增加，各种环境问题特别是水生生物系统污染已经成为国际上亟待解决的问题。先进的氧化工艺(AOP)可以快速降解污水中各种难溶性有机物质。AOP包括臭氧化，光催化和Fenton方法。光催化是一个相对较新的跨学科领域。半导体光催化作为成本效益和绿色技术为环境净化和太阳能转换提供了一种新途径。在各种半导体中，氧化铜(CuO)由于其为p型半导体材料，拥有较窄的禁带宽度(约1.2eV)，具有良好的电化学活性，已在光催化降解有机染料方面展现出巨大的应用潜力。

在先技术，公开号CN106115763A“一种氧化铜球形等级结构材料的制备方法”，该专利中，制备的产物为氧化铜纳米粉末，制备过程中需要在400～600℃下煅烧2～5个小时。不仅消耗了大量的能量，而且加大了制备成本。该粉末样品用于催化降解有机染料前，含有该催化材料的甲基橙溶液需在黑暗中搅拌30分钟才能进行光照。使材料处理过程变得较为复杂。粉末样品容易相互遮挡和堆积，降低催化效率。并且在应用后不容易回收，很可能引发二次污染。

在先技术，公开号CN106629813A“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”，该专利中，结合阳极氧化法和煅烧工艺在泡沫铜表面生长氧化铜纳米线。该方法所用基体为泡沫铜，具有微米级孔洞尺寸。孔洞尺寸较大且不可调控。进而合成的氧化铜纳米线较粗，直径约200nm，韧性差，易断裂，将影响该材料作为光催化降解剂的性能和效率。

发明内容：

本发明的目的为针对当前技术中粉末可见光催化材料易团聚，不易回收，很可能造成二次污染；泡沫铜负载多孔氧化铜纳米线复合材料中氧化铜纳米线较粗，易断裂等不足，提供一种纳米多孔铜负载超细氧化铜纳米线复合材料及其制备方法和应用。该材料包括非晶基体纳米多孔铜复合棒材以及负载在其表面的超细氧化铜纳米线。其制备方法是将脱合金工艺与阳极氧化工艺相结合，通过控制脱合金工艺参数使非晶棒材中的锆、铝元素选择性去除，剩下相对惰性的铜元素自组合形成孔洞结构可调控、非晶基体支撑的纳米多孔铜复合棒材，随后采用阳极氧化工艺和煅烧工艺，在纳米多孔铜金属表面生长出超细氧化铜纳米线。本发明所制备纳米线比目前所报道的更加细密，柔韧，在光催化降解有机染料领域展示出独特的结构和性能优势。

本发明的技术方案是：

一种纳米多孔铜负载超细氧化铜纳米线复合材料，该材料为棒材，包括非晶基体、覆盖在非晶基体上的纳米多孔铜以及负载在纳米多孔铜表面的超细氧化铜纳米线；所述的非晶基体为Cu_xZr_yAl_z合金成分，其中x，y，z为原子百分比，45≤x≤50，45≤y≤50，5≤z≤10，且x+y+z＝100；其中纳米多孔铜层厚85～135μm，韧带宽118～138nm，孔径尺寸30～100nm，纳米线长4～10μm，宽5～15nm，每20～30根纳米线团簇成一束。

所述的纳米多孔铜负载超细氧化铜纳米线复合材料的制备方法，具体步骤如下：

第一步，制备非晶合金棒材