[发明专利]一种CuS/CuO/Cu纳米线异质结阵列材料及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种CuS/CuO/Cu纳米线异质结阵列材料及其制备方法与应用，所述制备方法具体包括以下步骤：(a)将预处理过的铜材浸泡在NaOH和(NH₄)₂S₂O₈的混合液中，在铜材上生长Cu(OH)₂纳米线阵列；(b)将步骤(a)得到的生长有Cu(OH)₂纳米线阵列的铜材浸入Na₂S溶液中进行硫化，后取出洗涤干燥，再进行热处理，得到CuS/CuO/Cu异质结阵列材料。所述纳米线异质结阵列材料以铜材为基底材料，在铜材上自下而上依次生长有CuO和CuS。与现有技术相比，本发明实现了在金属Cu网上CuS/CuO纳米线异质结阵列的制备，并定量可控地将Cu(OH)₂转变为CuS，得到的CuS/CuO/Cu纳米线异质结阵列材料具有优异的光催化活性，可以应用于光催化降解过程，环境污染治理等领域。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种CuS/CuO/Cu纳米线异质结阵列材料及其制备与应用。

背景技术

纳米功能材料合成技术的发展，促使纳米功能材料的设计向纳米尺度的形貌与成分方向发展。其中，纳米尺度的异质结构在化学与材料科学领域中处于中心地位。特别地，有精确尺寸、形状和维度的无机纳米异质结构材料正在迅速改变人们对材料性能与材料结构的理解。在不同形貌的纳米异质结构材料中，纳米线因其独特的结构因素，比如可以组装多样性的结构、有利于电荷定向迁移等，引起了人们极大的研究兴趣。

CuO是一种带隙窄、导电性较好、无毒廉价环境友好型的半导体材料，也是一种经常使用的光催化材料。但是，可见光利用率一般、电荷分离效率较低、光生电子与空穴的易于复合等缺点，限制了CuO在光催化领域的进一步应用。为了克服这个缺点，人们已经尝试将多种材料，如Cu₂O、TiO₂、WO₃、BiVO₄、金属有机框架结构、碳材料以及聚合物等，与CuO纳米结构复合或掺杂，制备出了多种CuO基复合纳米材料。同时，Kao等(Synthesis andPhotocatalytic Properties of CuO-CuS Core-Shell Nanowires.Materials,2019,12(7),1106)报道了用高温气相氧化法制备了CuS/CuO纳米线复合材料，但是，高温气相氧化法的合成温度高、制备条件比较复杂，且获得的材料性能不理想。同时，在相对温和的条件下利用液相反应制备CuS/CuO纳米线异质结复合材料的研究还未见报道。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种CuS/CuO/Cu纳米线异质结阵列材料及其制备方法与应用，纳米线异质结阵列材料具有优异的光催化活性，可以应用于光催化降解过程，环境污染治理等领域，且制备方法条件温和可控。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种CuS/CuO/Cu纳米线异质结阵列材料的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：

(a)将预处理过的铜材浸泡在NaOH和(NH₄)₂S₂O₈的混合液中，在铜材上生长Cu(OH)₂纳米线阵列；

(b)将步骤(a)得到的生长有Cu(OH)₂纳米线阵列的铜材浸入Na₂S溶液中进行硫化，后取出洗涤干燥，再进行热处理，得到CuS/CuO/Cu纳米线异质结阵列材料。

优选地，步骤(a)中，混合液中，NaOH和(NH₄)₂S₂O₈的摩尔添加比为(20～50):(1～5)。