[发明专利]一种免修饰超疏水铜层的制备方法及其应用

说明书

本发明属于金属材料表面改性领域，具体涉及一种钢基体上超疏水铜层的制备方法及其应用。免修饰超疏水铜层的制备方法包括：钢材基体进行前处理；配制电沉积溶液：将铜盐溶液、酒石酸钾钠溶液混合，再加入氢氧化钠，即得；电沉积过程：利用电沉积技术将电沉积溶液沉积在金属表面形成仿生微纳米结构铜层；然后将该金属在室温条件下放置，即可得到免修饰超疏水铜层。通过合理选择沉积金属的种类和组成，首次发现，在合理的电沉积参数条件下，在金属上电沉积铜金属也能形成仿生微纳米结构铜层，赋予金属表面优异的疏水性能。

技术领域

本发明属于金属材料表面改性领域，具体涉及一种钢基体上超疏水铜层的制备方法及其应用，特别是利用简单电沉积在钢基体上制备免修饰超疏水铜层的技术及其应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

由于大量使用矿物燃料，以及能大量吸收CO₂的森林遭到破坏，大气中的CO₂浓度不断上升，并由此引发了温室效应。通过在水溶液中将CO₂电催化还原为醇和碳氢燃料实现CO₂的循环是一条可持续路径，这一路径将缓解当前面临的一些环境问题。Cu是二氧化碳还原的典型表面，具有产生C₂和C₃物种的能力，如乙烯、乙醇和正丙醇。但是在水溶液中CO₂的溶解度较低，氢离子还原成H₂比CO₂还原更容易，铜电极通常失去30％的法拉第效率(FE)来产生H₂。通过使用超疏水的铜电极可以很好的解决这一问题。淹没在水中的超疏水表面可以捕获相当数量的气体，这将有利于气态二氧化碳在铜溶液界面积聚，从而提高法拉第效率，节省能源。

发明人研究发现，一些金属基表面要实现超疏水不仅需要构造合适的表面粗糙结构，还要有低能物质对表面进行修饰，操作复杂，而且低能修饰物大多都是含氟或者烷烃类有机物质，稳定性不好且易溶于有机溶剂，不适合在水溶液电极上的应用。虽然现有技术公开了一些不经低能修饰也能实现超疏水的疏水层，但室温静置时间过长，不利于实际使用。

发明内容

为了解决现有技术存在的疏水层稳定性差，需要较长的静置时间才能使用的问题，本发明提出一种免修饰超疏水铜层的制备方法及其应用，利用Cu的吸碳性，通过一步电沉积的方法制备的Cu层在不经低能修饰的条件下也能形成具有微纳米结构的超疏水层，实现了超疏水性，而且室温条件下放置3-7天，即可得到超疏水表面，接触角大于150°，滚动角小于10°。

具体地，本发明是通过如下所述的技术方案实现的：

本发明第一方面，提供一种免修饰超疏水铜层的制备方法，包括：

钢材基体进行前处理；

配制电沉积溶液：将铜盐溶液、酒石酸钾钠溶液混合，再加入氢氧化钠，即得；

电沉积过程：利用电沉积技术将电沉积溶液沉积在金属表面形成仿生微纳米结构铜层；然后将该金属在室温条件下放置，即可得到免修饰超疏水铜层。

本发明第二方面，提供一种免修饰超疏水铜层的制备方法在金属表面疏水性改性中的应用。

本发明一个或多个实施例具有以下有益效果：

1)通过合理选择沉积金属的种类和组成，首次发现，在合理的电沉积参数条件下，在金属上电沉积铜金属也能形成仿生微纳米结构铜层，赋予金属表面优异的疏水性能。

2)铜对与碳的选择性非常强，具有优异的吸附性能，铜层3天时吸碳量就达到了4.18％，大大缩短了超疏水实现的时间。