[发明专利]一种金铜纳米线材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种金铜纳米线材料的制备方法及其应用。它采用液相置换法，利用金属铜和贵金属金之间的活性差异，以铜纳米线为模板，用铜纳米线与氯金酸溶液发生置换反应而得到金铜纳米线，具有工艺过程简洁、反应条件温和、反应时间较短、成本低，且产品形貌规整的优点，将金铜纳米线催化剂用于染料废水催化降解，以硼氢化钠为还原剂，考察复合材料催化降解染料废水的催化性能；并且通过回收催化剂重复利用考察其重复利用效果，其催化活性高、回收重复利用率高的优点，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，涉及用液相转换法制备一维纳米材料，具体是一种金铜纳米线复合材料制备方法及其应用。

背景技术

近年来，纳米金属材料由于其独特的光学性能、电学性能以及催化活性，在各个领域都有广泛的应用，而引起了广泛的关注。其中Au、Ag、Pt等纳米粒子具有优异的催化性能、良好的化学稳定性等特性，引起了科学界极大的关注。Au、Ag、Pt纳米粒子的催化性能与其尺寸密切相关，高分散、小尺寸的纳米粒子具有大的比表面积，表现出更为优异的催化活性。然而，由尺寸小导致的大比表面积会引起严重的稳定性问题，例如很容易团聚、形貌变化、在催化过程中对表面的毁坏以及初始催化性能的降低等等。因此，在利用这些纳米粒子时非常重要的一个因素是如何稳定它们，使得它们避免团聚。另外，考虑到贵金属资源的有限性和生产成本的高昂，在使用过程中减少使用量和提高循环效率十分的重要。引入便宜的金属到核部分是一种有效节约催化剂生产成本以及节省贵重金属资源的方法以制备出催化活性高、性能稳定能重复使用的高效催化剂。

相较于其他金属，金属铜的优点在于市场价格较便宜，具有良好的热、电传导性，化学性质相对稳定。铜纳米作为新型纳米材料，具有比表面积大、反应活性高、选择性强等优点。它可以作为催化剂是因为纳米粒子尺寸小，表面原子所占的百分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致表面的活性位置增加，这使它具备了作为催化剂的基本条件，而纳米材料表面与所吸附底物之间形成的基团或价键可以加速电子的转移，因此具有催化性能。同时，就纳米粒子的表面形态而言，随着粒径的减小，表面光滑程度降低，形成了凸凹不平的原子台阶，这就增加了化学反应的接触面，从而提高了催化剂的有效利用率。

一维纳米线材料相对于纳米粉体材料而言,由于其特定几何形貌,具有如超高的机械强度、热电性能、发光效率、催化性能、磁性能、吸波性能等优异性质,对其在环境治理领域的应用研究，尤其在染料废水处理领域是纳米科学技术中一个重要的领域。目前所使用的催化剂以贵金属为主，其活性组分在纳米颗粒的表面，核中大部分的贵金属会被浪费掉。为了节约贵得金属资源以及节约贵重金属催化剂生产成本，同时提高催化剂的催化效率以及提高染料废水处理效率并节省治理成本，将贵重金属与铜等金属运用纳米制备技术使其形成复合材料，从而提高资源的利用降低生产成本，具有广泛的应用前景。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种采用液相置换法以铜纳米线为模板制备金铜纳米线的方法，其特点是利用金属铜和贵重金属金之间的活性差异，用铜纳米线与氯金酸溶液发生置换反应而得到金铜纳米线，具有工艺过程简洁、反应条件温和、反应时间较短、成本低、产品形貌规整、催化活性高、回收重复利用率高的优点。

所述的一种金铜纳米线材料的制备方法，其特征在于由以铜源为原料，氢氧化钠溶液为溶剂，水合肼溶液为还原剂，水浴反应0.8-1小时制备得到铜纳米线，再以铜纳米线为模板，利用铜和贵金属金之间的活性差异，采用液相置换法，由铜纳米线与氯金酸溶液发生置换反应得到金铜纳米线材料。

所述的制备金铜纳米线材料的方法，其特征在于铜源为氢氧化铜。

所述的制备金铜纳米线材料的方法，其特征在于水合肼溶液为35wt.%水合肼溶液，水合肼溶液的体积与氢氧化铜的质量比为2-3：1，优选为2.5：1。

所述的制备金铜纳米线材料的方法，其特征在于铜纳米线的制备中还加入EDA，EDA的体积与氢氧化铜的质量比为10-20：1，优选为15：1。