金属化合物包覆铜纳米线的复合材料、制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了金属化合物包覆铜纳米线的复合材料、制备方法与应用，其中，复合材料主要由金属化合物和铜纳米线形成的薄膜，所述金属化合物包覆于所述铜纳米线表面形成水滑石结构，所述金属化合物包括Fe/Co/Ni的氢氧化物和Fe/Co/Ni的氧化物中的一种或多种。本发明专利技术的复合材料中，起催化作用的Fe/Co/Ni的化合物在铜纳米线表面形成水滑石结构，铜纳米线的纳米纤维结构极大地提高了水滑石结构的活性面积，以及两者之间的结合强度，使本发明专利技术的复合材料在具有较高的催化效率的情况下，同时具备较好的结构稳定性，不会出现催化剂从载体上脱落的情形；并且本发明专利技术中的原材料成本相对较低，容易获取。

【技术实现步骤摘要】
金属化合物包覆铜纳米线的复合材料、制备方法与应用
本专利技术涉及电催化材料领域，尤其涉及一种金属化合物包覆铜纳米线的复合材料、制备方法与应用。
技术介绍
电催化还原二氧化碳，是一种有效的减少大气中二氧化碳含量的方法，且对环境不产生任何副作用。贵金属（Ag，Au，Pt等）和贵金属配合物已被证明在电催化还原二氧化碳中有较高的活性。然而，贵金属成本高，并且一般是粉末化的，需要粘结剂将其涂覆到特定的载体（例如玻碳电极）上，由此产生贵金属粉末容易脱落的问题。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种金属化合物包覆铜纳米线的复合材料、制备方法与应用，旨在解决现有的电催化材料成本高、催化剂容易从载体上脱落的问题。本专利技术的技术方案如下：一种复合材料，主要由金属化合物和铜纳米线形成的薄膜，所述金属化合物包覆于所述铜纳米线表面形成水滑石结构，所述金属化合物包括Fe/Co/Ni的氢氧化物和Fe/Co/Ni的氧化物中的一种或多种。一种复合材料的制备方法，包括：步骤A、制备铜纳米线；步骤B、将所述铜纳米线制作成铜纳米线薄膜；步骤C、将所述铜纳米线薄膜在金属硝酸盐的溶液中进行电沉积，得到金属氢氧化物包覆铜纳米线的复合材料，其中，所述金属硝酸盐为Fe/Co/Ni的硝酸盐中的至少一种。所述的复合材料的制备方法，其中，所述步骤A包括步骤：将硝酸铜和乙二胺的混合溶液加入到氢氧化钠溶液中，然后加入水合肼，在60~80˚C下，反应1~3h，得到铜纳米线。所述的复合材料的制备方法，其中，所述步骤B包括步骤：将所述铜纳米线洗涤后分散在乙醇溶液中，然后将铜纳米线溶液转移至基底上，依次通过蒸发、热处理，制得铜纳米线薄膜。所述的复合材料的制备方法，其中，所述基底为碳纸。所述的复合材料的制备方法，其中，热处理的工艺参数为：热处理温度为200˚C~800˚C，热处理时间为1~12h。所述的复合材料的制备方法，其中，所述步骤C中，电沉积的工艺参数为：沉积电位为-0.5~-1.2V，沉积时间为10~300s。所述的复合材料的制备方法，其中，所述步骤C之后还包括：步骤D、将所述金属氢氧化物包覆铜纳米线的复合材料在惰性气氛中进行烧结，得到金属氧化物包覆铜纳米线的复合材料。所述的复合材料的制备方法，其中，烧结的工艺参数为：烧结温度为200˚C~800˚C，烧结时间为0.5~8h。一种如上所述的复合材料的应用，将所述复合材料用于电催化还原二氧化碳、电催化析氢反应和电催化析氧反应。有益效果：本专利技术提供了一种如上所述的复合材料，主要由Fe、Co、Ni的化合物（氢氧化物中的任意组合或氧化物中的任意组合）包覆铜纳米线的薄膜构成，起催化作用的Fe、Co、Ni的化合物在铜纳米线表面形成水滑石结构，铜纳米线的纳米纤维结构极大地提高了水滑石结构的活性面积，以及两者之间的结合强度，使本专利技术的复合材料在具有较高的催化效率的情况下，同时具备较好的结构稳定性，不会出现催化剂从载体上脱落的情形；并且本专利技术中的原材料成本相对较低，容易获取。附图说明图1是实施例1中制备的铜纳米线薄膜的扫描电镜照片。图2a是实施例1中制备的Cu@CoNi(OH)4的扫描电镜照片（沉积45s）。图2b是实施例2中制备的Cu@CoNi(OH)4的扫描电镜照片（沉积15s）。图2c是实施例3中制备的Cu@CoNi(OH)4的扫描电镜照片（沉积60s）。图3是实施例6中制备的Cu@NiCo2O4的扫描电镜照片。图4实施例1、4、5、6、7、8中制备的复合材料对于电催化析氢的性能图。图5实施例1、4、5、6、7、8中制备的复合材料对于电催化析氧的性能图。图6实施例1中制备的Cu@CoNi(OH)4对于电催化还原二氧化碳的性能图。具体实施方式本专利技术提供了一种金属化合物包覆铜纳米线的复合材料、制备方法与应用，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种复合材料，主要由金属化合物和铜纳米线形成的薄膜，所述金属化合物包覆于所述铜纳米线表面形成水滑石结构，所述金属化合物包括Fe/Co/Ni的氢氧化物和Fe/Co/Ni的氧化物中的一种或多种，例如，钴镍氢氧化物、钴镍氧化物等。本专利技术的复合材料中，起催化作用的Fe/Co/Ni的化合物在铜纳米线表面形成水滑石结构，铜纳米线的纳米纤维结构极大地提高了水滑石结构的活性面积，以及两者之间的结合强度，使本专利技术的复合材料在具有较高的催化效率的情况下，同时具备较好的结构稳定性，不会出现催化剂从载体上脱落的情形；并且本专利技术中的原材料成本相对较低，容易获取。本专利技术还提供了一种复合材料的制备方法的较佳实施例，复合材料具体是Fe/Co/Ni的氢氧化物中的一种或多种包覆的铜纳米线形成的薄膜，包括：步骤A、制备铜纳米线。铜纳米线的合成路径较多，本专利技术提供的一种方法为：将硝酸铜和乙二胺的混合溶液加入到氢氧化钠溶液中，然后加入水合肼，在60~80˚C下，反应1~3h，即可得到铜纳米线。步骤B、将所述铜纳米线制作成铜纳米线薄膜。步骤B的一个较佳实施方式为：首先使用水合肼与聚乙烯吡咯烷酮的混合溶液洗涤铜纳米线1-3次，并离心，然后再水洗或醇洗1-3次；然后将铜纳米线分散在乙醇溶液中，并以碳纸为基底，将铜纳米线溶液转移到碳纸或者玻璃板上，再依次通过溶剂自蒸发以及在保护气氛中进行热处理，将物理搭接的铜纳米线焊接在一起，形成铜纳米线薄膜。优选的，热处理工艺参数为：热处理温度为200˚C~800˚C，热处理时间为1~12h。优选的，所述基底为碳纸。碳纸除了能够提高铜纳米线薄膜的强度，避免因为要制备较厚的有一定强度的薄膜而需要增加铜纳米线的用量，而且还具有良好的导电性，应用时不用将碳纸去除，即碳纸基底和金属化合物包覆的铜纳米线形成的薄膜所组成的复合材料，整体作为催化电极。步骤C、将所述铜纳米线薄膜在金属硝酸盐的溶液中进行电沉积，优选的电沉积工艺参数为：沉积电位为-0.5~-1.2V，沉积时间为10~300s，得到金属氢氧化物包覆铜纳米线的复合材料，沉积时间越长，沉积量越大，沉积300s后，会有脱落的情况，且结构不太稳定，因此较佳沉积时间为10~300s。其中，金属硝酸盐为Fe/Co/Ni的硝酸盐中的至少一种，根据电沉积原理，三种金属硝酸盐可生成相应的金属氢氧化物。上述制备方法无需复杂的设备，操作简单，适用于批量生产，并且以碳纸为基底形成的三维电极材料具有较好的机械强度，可以直接做电极材料。本专利技术还提供了另一种复合材料的制备方法，复合材料具体是Fe/Co/Ni的氧化物中的一种或多种包覆的铜纳米线形成的薄膜，将前述方法制备的金属氢氧化物包覆铜纳米线的复合材料，在惰性气氛中进行烧结，得到金属氧化物（Fe/Co/Ni的金属氧化物）包覆的铜纳米线的复合材料。优选的，烧结工艺参数为：烧结温度为200˚C~800˚C，烧结时间为0.5~8h。热处理温度与热处理时间灵活调整，如果热处理温度较高的话情况就要相对缩短热处理时间就短点，由于铜纳米线能承受的最高温度在800多度左右，因此最大热处理温度不能超过800℃。本专利技术还提供了前述的复合材料的应用，铜纳米线薄膜具有很好的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料，其特征在于，主要由金属化合物和铜纳米线形成的薄膜，所述金属化合物包覆于所述铜纳米线表面形成水滑石结构，所述金属化合物包括Fe/Co/Ni的氢氧化物和Fe/Co/Ni的氧化物中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料，其特征在于，主要由金属化合物和铜纳米线形成的薄膜，所述金属化合物包覆于所述铜纳米线表面形成水滑石结构，所述金属化合物包括Fe/Co/Ni的氢氧化物和Fe/Co/Ni的氧化物中的一种或多种。2.一种复合材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤A、制备铜纳米线；步骤B、将所述铜纳米线制作成铜纳米线薄膜；步骤C、将所述铜纳米线薄膜在金属硝酸盐的溶液中进行电沉积，得到金属氢氧化物包覆铜纳米线的复合材料，其中，所述金属硝酸盐为Fe/Co/Ni的硝酸盐中的至少一种。3.根据权利要求2所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤A包括步骤：将硝酸铜和乙二胺的混合溶液加入到氢氧化钠溶液中，然后加入水合肼，在60~80˚C下，反应1~3h，得到铜纳米线。4.根据权利要求2所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B包括步骤：将所述铜纳米线洗涤后分散在乙醇溶液中，然后将铜纳米线溶液转移至基底上，依次通过蒸发、热处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：何传新，韩振，胡琪，杨恒攀，柴晓燕，张黔玲，刘剑洪，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44