[发明专利]一种微米多孔铜及其制备方法与应用

说明书

本发明属于多孔材料研究领域，具体涉及一种微米多孔铜及其制备与应用。微米多孔铜的制备方法，包括如下步骤：(1)将铜和铁混合，加热至熔融状态，得铜铁合金；然后降温至室温；(2)采用腐蚀剂，去除步骤(1)所得铜铁合金中的铁；然后清洗，干燥，即得微米多孔铜。本发明的微米多孔铜，微观结构如同珊瑚，具有数微米到十几微米的孔道及铜骨架。

技术领域

本发明属于多孔材料研究领域，具体涉及一种微米多孔铜及其制备与应用。

背景技术

多孔金属是一种比块体材料具有更大比表面积的材料，具有有别于块体材料的物理、化学等特性，目前在催化、传感、电极等表现出巨大的应用前景。目前能够利用粉末冶金、模板法制备微米多孔铜。不过收到粉末冶金技术限制以及模板孔道的限制，目前还无法利用这两种方法制备几微米到十微米孔道的多孔铜。目前，可以利用脱合金法制备纳米多孔铜，这主要是利用形成合金的金属能够形成固溶体或金属间化合物的特点，也正是由于这一特点，目前还没有利用脱合金法制备具有足够强度的微米多孔铜。总之，目前制备多孔铜的方法都难以实现几微米到十微米量级的多孔铜的制备。

目前利用脱合金法制备的多孔金属，没有报道有微米尺度的，采用模板法制备微米多孔铜，孔道较大，可以采用粉末冶金的办法，也难以实现，工艺复杂。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种孔道尺寸为微米级别的多孔铜及其制备与应用，所述微米多孔铜，微观结构如同珊瑚，具有2微米-20微米的孔道及铜骨架，所述微米尺寸的孔道之间是相互联通的，微米尺寸的铜骨架之间是相互联通的，微米尺寸铜骨架和微米尺寸铜孔道相互穿插。相对于纳米多孔铜具有更佳的力学特性。

为了实现上述目的以及其他相关目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供了一种微米多孔铜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铜和铁混合，加热至熔融状态，得金属铜和金属铁两相完全分离的铜铁合金；然后降温至室温；

(2)采用腐蚀剂，去除步骤(1)所得铜铁合金中的铁；然后清洗，干燥，即得微米多孔铜。

优选地，步骤(1)中，所述铜和铁的原子比例范围是(15～50)：(85～50)。

优选地，步骤(1)中，所述加热的温度范围是1200℃～2000℃；所述加热的时间是0.2h～1h。

优选地，步骤(1)中，所述降温的速度是50℃/min～200℃/min。

优选地，步骤(2)中，所述腐蚀剂选自盐酸、硫酸、高氯酸。

优选地，步骤(2)中，所述腐蚀剂的水溶液的浓度范围是0.1M～5M。

优选地，步骤(2)中，所述腐蚀剂的作用时间是24h～96h。

优选地，步骤(2)中，采用蒸馏水和乙醇清洗。

本发明的第二方面，提供了一种由前述制备方法获得的微米多孔铜。

优选地，所述微米多孔铜，微观结构如同珊瑚，具有2微米-20微米的孔道及铜骨架，所述微米尺寸的孔道之间是相互联通的，微米尺寸的铜骨架之间是相互联通的。

本发明的第三方面，提供微米多孔铜在电极领域、传感器领域或催化载体领域的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的微米多孔铜，利用两种完全不互溶且不能形成金属间化合物的金属铜和金属铁形成铜铁合金，在通过腐蚀除去金属铁，形成孔道为几微米到十几微米的微米多孔通。宏观肉眼观察为铜块；采用电子扫描显微镜观察，微观结构如同珊瑚，包括连续的微米尺寸铜骨架和连续的微米尺寸孔道，微米尺寸铜骨架和微米尺寸铜孔道相互穿插。