一種利用電化學(xué)制備二維層狀銅納米片的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電化學(xué)合成納米材料領(lǐng)域，特別是涉及一種利用電化學(xué)制備二維層狀銅納米片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，納米材料由于其具有尺寸小，比表面積大以及量子尺寸等特性，在現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)發(fā)展中受到了人們廣泛的關(guān)注。隨著其制備技術(shù)日趨成熟，納米技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)中占有越來越重要的地位。而銅納米材料，因其價格低廉，且具有良好的延展性、導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率，在電學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)等方面都能表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，也使其在潤滑、催化、導(dǎo)電領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]科研工作者們對銅納米材料的研究已有較長時間，近年來，應(yīng)用多種納米制備技術(shù)，制備出了不同形貌的銅納米材料，如顆粒狀、線性、棒形、立方體，但對于二維層狀銅納米片的相關(guān)報道卻很少。二維納米材料擁有獨特的物理、化學(xué)、電子特性等，不僅具有較高電子迀移率、量子霍爾效應(yīng)、非凡的熱導(dǎo)性能、磁共振、超導(dǎo)性能等，還兼具低維材料中的零維納米顆粒、一維納米線的優(yōu)異性能，使其擁有更廣泛的商業(yè)應(yīng)用前景，比如在催化、光電轉(zhuǎn)換、電化學(xué)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。由于金屬具有很強(qiáng)的偏向三維密排趨勢而進(jìn)行三維生長的特性，因此，要想得到二維結(jié)構(gòu)的銅納米片就需要引入大量的不飽和鍵，但不飽和鍵的引入又會使得二維結(jié)構(gòu)變得極不穩(wěn)定，這一矛盾將為二維結(jié)構(gòu)材料的制備帶來巨大的挑戰(zhàn)，尤其是在溶液相中的制備更是困難。由于層狀結(jié)構(gòu)可以保護(hù)納米片在沒有大量有機(jī)表面活性劑的情況下能夠穩(wěn)定存在，因此獲得層狀結(jié)構(gòu)的納米片是保護(hù)其穩(wěn)定性的一種最為有效的途徑。
[0004]制備金屬納米材料的方法有很多種，例如蒸發(fā)冷凝法、物理粉碎法、化學(xué)氣相法、沉淀法、溶膠凝膠法、電化學(xué)合成法。其中電化學(xué)合成法因操作較為簡單，可通過改變電壓(電流密度)大小和時間長短控制產(chǎn)物的生長速率和最終的形貌，不需要離心分離等優(yōu)勢而受到了廣泛的關(guān)注。并且，利用電化學(xué)合成法制備納米材料時，將添加劑加入電解液中，更有助于控制生長晶體的形貌。而檸檬酸鈉作為一種化學(xué)添加劑，在電化學(xué)合成法中對金屬離子能夠起到很好的絡(luò)合作用，占據(jù)結(jié)晶表面的活性部位，易于獲得晶粒細(xì)小的顆粒。而目前關(guān)于電化學(xué)方法合成的金屬納米材料中，已經(jīng)得到了納米顆粒、納米線，以及三維生長的枝狀納米結(jié)構(gòu)，因此，根據(jù)電化學(xué)合成金屬納米材料的方法，我們通過控制電壓及檸檬酸鈉的濃度，
在常溫常壓、無惰性氣體保護(hù)的情況下合成平行于基板的具有二維層狀結(jié)構(gòu)的銅納米片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在常溫常壓、無惰性氣體保護(hù)的條件下利用電化學(xué)制備二維層狀銅納米片的方法。
[0006]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
三電極體系，參比電極選用Ag|AgCl，對電極選用鉑片，工作電極選用ΙΤ0導(dǎo)電玻璃。電解液選用一定配比的硫酸銅、檸檬酸鈉、丙醇、去離子水的混合液，所述硫酸銅、檸檬酸鈉、丙醇的摩爾比為1:0.033-0.083:0.018-0.022。利用電化學(xué)工作站控制電壓，對工作電極施加-0.6V—0.3V電壓，即可獲得二維層狀結(jié)構(gòu)的銅納米片；之后用乙醇沖洗掉樣品表面的電解液，再放入真空干燥箱內(nèi)干燥。
[0007]電解液中，硫酸銅為銅源，檸檬酸鈉為表面吸附劑和輔助還原劑，丙醇為析氫抑制劑。
[0008]所述工作電極為ΙΤ0導(dǎo)電玻璃，使用前分別在丙酮、乙醇、去離子水中超聲洗滌5分鐘，放入電熱恒溫箱中干燥，溫度設(shè)定為50°C。
[0009]用電化學(xué)工作站控制工作電壓為-0.6V—0.3V，時間為4~10分鐘。
[0010]在得到二維層狀銅納米片后，干燥樣品的方法為真空干燥，干燥時間為5~10h。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點是:電化學(xué)合成二維層狀納米材料的方法相對簡便，只需一步完成，該過程也不需要高溫處理，常溫常壓條件即可，且不需氣體保護(hù)；反應(yīng)原料不具腐蝕性，且簡單易得，使用產(chǎn)物也不需要保存在水溶液或有機(jī)溶液中，極大發(fā)揮了電化學(xué)制備材料的優(yōu)越性；獲得二維層狀銅納米片的制備過程效率高、成本低、穩(wěn)定性好，重復(fù)性好，制備得到的樣品結(jié)構(gòu)均勻性好。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0013]圖1為本發(fā)明實施例2所合成的二維層狀結(jié)構(gòu)的銅納米片的透射電子顯微鏡(TEM)圖片，從斷裂的銅納米片TEM圖可以明顯看到樣品內(nèi)部層狀結(jié)構(gòu)，同時觀察到具有較少層數(shù)的單獨存在的片層。
[0014]【具體實施方式】:
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但不認(rèn)定本發(fā)明的實施方式僅限于此。
[0015]實施例1:
室溫下，將大小為0.8X1.5cm的ΙΤ0導(dǎo)電玻璃，先后放入丙酮、乙醇、去離子水中超聲處理5分鐘，然后正面朝上，放入鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，再一同放入電熱恒溫干燥箱中，在50°C下干燥2h ;配置出含有0.80ml五水合硫酸銅(50mM)、0.012g 二水合檸檬酸三鈉、1.50ml正丙醇及17.70ml去離子水的混合溶液，靜置一段時間；連接三電極體系，將ΙΤ0導(dǎo)電玻璃夾在電化學(xué)工作站的工作電極處，參比電極選用Ag|AgCl，對電極選用鉑片，使ΙΤ0導(dǎo)電玻璃的正面對準(zhǔn)鉑片，參比電極放置在工作電極與對電極中間，三電極一同放入電解池中，并加入配置好的電解液。用電化學(xué)工作站對工作電極施加-0.3V的電壓，持續(xù)時間為300s，接著，ΙΤ0導(dǎo)電玻璃的正面將會出現(xiàn)一層紅棕色物質(zhì)，即為銅。停止施加電壓后，從工作電極處取下ΙΤ0導(dǎo)電玻璃，用乙醇溶液沖洗掉樣品表面的電解液，之后放入鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，再一同放入真空干燥箱中干燥，即可獲得二維層狀銅納米片。
[0016]實施例2:
室溫下，將ΙΤ0導(dǎo)電玻璃，先后放入丙酮、乙醇、去離子水中超聲處理5分鐘，再放入電熱恒溫干燥箱中，在50°C下干燥2h。配置出含有0.80ml五水合硫酸銅(50mM)、0.06g 二水合檸檬酸三鈉、1.50ml正丙醇及17.70ml去離子水的混合溶液，靜置一段時間；連接三電極體系，工作電極選用ITO導(dǎo)電玻璃，參比電極選用Ag I AgCl，對電極選用鉑片，向電解池中添加配置好的電解液。用電化學(xué)工作站對工作電極施加-0.3V的電壓，持續(xù)時間為300s，可得到樣品。停止施加電壓后，從工作電極處取下ITO導(dǎo)電玻璃，用乙醇溶液沖洗掉樣品表面的電解液即可。
[0017]實施例3:
室溫下，將ΙΤ0導(dǎo)電玻璃，先后放入丙酮、乙醇、去離子水中超聲處理5分鐘，再放入電熱恒溫干燥箱中，在50°C下干燥2h。配置出含有0.80ml五水合硫酸銅(50mM)、0.30g 二水合檸檬酸三鈉、1.50ml正丙醇及17.70ml去離子水的混合溶液，靜置一段時間；連接三電極體系，工作電極選用ΙΤ0導(dǎo)電玻璃，參比電極選用Ag I AgCl，對電極選用鉑片，向電解池中添加配置好的電解液。用電化學(xué)工作站對工作電極施加-0.3V的電壓，持續(xù)時間為300s，可得到樣品。停止施加電壓后，從工作電極處取下ΙΤ0導(dǎo)電玻璃，用乙醇溶液沖洗掉樣品表面的電解液即可。
[0018]實施例4:
室溫下，將ΙΤ0導(dǎo)電玻璃，先后放入丙酮、乙醇、去離子水中超聲處理5分鐘，再放入電熱恒溫干燥箱中，在50°C下干燥2h。配置出含有0.80ml五水合硫酸銅(50mM)、0.06g 二水合檸檬酸三鈉、1.50ml正丙醇及17.70ml去離子水的混合溶液，靜置一段時間；連接三電極體系，工作電極選用ΙΤ0導(dǎo)電玻璃，參比電極選用Ag I AgCl，對電極選用鉑片，向電解池中添加配置好的電解液。用電化學(xué)工作站對工作電極施加-0.4V的電壓，持續(xù)時間為300s，可得到樣品。停止施加電壓后，從工作電極處取下ΙΤ0導(dǎo)電玻璃，用乙醇溶液沖洗掉樣品表面的電解液即可。
[0019]實施例5:
室溫下，將ΙΤ0導(dǎo)電玻璃，先后放入丙酮、乙醇、去離子水中超聲處理5分鐘，再放入電熱恒溫干燥箱中，在50°C下干燥2h。配置出含有0.80ml五水合硫酸銅(50mM)、0.06g 二水合檸檬酸三鈉、1.50ml正丙醇及17.70ml去離子水的混合溶液，靜置一段時間；連接三電極體系，工作電極選用ΙΤ0導(dǎo)電玻璃，參比電極選用Ag I AgCl，對電極選用鉑片，向電解池中添加配置好的電解液。用電化學(xué)工作站對工作電極施加-0.6V的電壓，持續(xù)時間為300s，可得到樣品。停止施加電壓后，從工作電極處取下ΙΤ0導(dǎo)電玻璃，用乙醇溶液沖洗掉樣品表面的電解液即可。
【主權(quán)項】
1.一種利用電化學(xué)制備二維層狀銅納米片的方法，其特征在于: 采用三電極體系，參比電極選用Ag I AgCl，對電極選用鉑片，工作電極選用ITO導(dǎo)電玻璃，電解液選用一定配比的硫酸銅、檸檬酸鈉、丙醇、去離子水的混合液，所述硫酸銅、檸檬酸鈉、丙醇的摩爾比為1:0.033-0.083:0.018-0.022 ； 利用電化學(xué)工作站控制電壓，對工作電極施加-0.6V—0.3V電壓，即可獲得二維層狀結(jié)構(gòu)的銅納米片，之后用乙醇沖洗掉樣品表面的電解液，再放入真空干燥箱內(nèi)干燥。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述工作電極為ITO導(dǎo)電玻璃，使用前分別在丙酮、乙醇、去離子水中超聲洗滌5分鐘，放入電熱恒溫干燥箱中干燥，溫度設(shè)定為50。。。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用電化學(xué)工作站控制工作電壓為-0.6—0.3V，時間為4-10分鐘。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在得到二維層狀銅納米片后，干燥樣品的時間為5~10ho
【專利摘要】本發(fā)明提供一種利用電化學(xué)制備二維層狀銅納米片的方法。該方法利用電化學(xué)工作站控制電壓大小和時間長短，將含有硫酸銅、檸檬酸鈉、去離子水、丙醇電解液中的Cu2+還原成Cu，沉積到ITO基板上，制備出具有二維層狀結(jié)構(gòu)的銅納米片。用酒精沖洗掉樣品表面的電解液后，放入真空干燥箱內(nèi)干燥，即可獲得二維層狀銅納米片樣品。該方法制備二維層狀銅納米片具有操作簡單，易于控制，不產(chǎn)生有毒物質(zhì)等優(yōu)點。
【IPC分類】C25D1/04
【公開號】CN105297081
【申請?zhí)枴緾N201510773927
【發(fā)明人】劉啟明, 吳國星, 韋晨慧楠, 楊三軍
【申請人】武漢大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月13日