CN104986791A - 一种纳米孔结构铜/氧化亚铜/氧化铜复合材料的制备方法 - Google Patents

一种纳米孔结构铜/氧化亚铜/氧化铜复合材料的制备方法 Download PDF

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耿浩然
于娜娜
李捷
肖振
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Abstract

本发明涉及一种具有纳米多孔结构的铜/氧化亚铜/氧化铜复合材料的制备方法，属于纳米多孔材料制备技术领域。所述合金材料的原子百分比组成：铝（Al）60~85at%，其余为铜（Cu）及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。本发明将铝粉和铜粉混合均匀后，采用冷压、高温合金化、脱合金法，在室温下将混合的材料粉末研制成型，用高温合金化制备出块状前驱体，室温下在氢氧化钠溶液中进行选择性脱合金处理，去除铝组元，并使铜离子与溶解氧接触发生氧化形成铜的氧化物，得到多孔结构的铜/氧化亚铜/氧化铜复合材料。本发明的制备方法简单可行，重复性好，适用于批量化生产。

Description

一种纳米孔结构铜/氧化亚铜/氧化铜复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米孔结构的铜/氧化亚铜/氧化铜复合材料的制备方法，属于纳米多孔材料制备技术领域。
背景技术
纳米多孔金属是一类具有孔洞且孔洞尺寸达到了纳米量级的金属材料，其制备方法主要有：模板法、斜入射沉积法、纳米粉体烧结法、脱合金法等。利用模板法制备而成的纳米多孔金属孔径尺寸的大小和孔的分布排列都是由模板确定的、模板制备工艺复杂、孔分布不均匀等缺点限制了模板法的发展。利用脱合金法制备的纳米多孔金属是近十年发展起来的一类新型功能纳米材料，它具有高比表面积、低密度、高通透性、高导电导热性、结构灵活可调等特点，有望在催化、分离、能源等领域得到广泛的应用。
氧化铜和氧化亚铜是一种很重要的氧化物材料，具有独特的光学和催化性质，而且无毒性，价格便宜。氧化铜和氧化亚铜在太阳能电池、光催化剂、电极材料、磁存储、锂离子电池、超级电容器等方面具有广泛的应用前景。
发明内容
传统的脱合金法一般采用快速凝固的方法先制成细晶合金的粉末或者薄片状前驱体，然后再对前驱体进行脱合金处理，由此制备出单一金属的多孔材料。本发明针对纳米多孔铜材料的应用受到一定限制的情况，提供了一种纳米孔结构的铜/氧化亚铜/氧化铜复合材料的制备技术。在制备普通纳米多孔铜的基础上采用冷压、高温合金化、脱合金的方法，通过控制制备工艺条件，使得铜的微观组织发生了较大变化。在脱合金过程中，铝原子发生溶解，部分铜原子也被溶解，铜离子与溶解氧接触发生氧化形成了铜的氧化物，既保留了纳米多孔铜的存在，又增加了纳米孔结构铜氧化物的生成。采用本发明的制备工艺，操作简单且合金成分易于控制，不仅可以获得纳米孔结构，改善了产物的相组成成分，并且制造成本低廉，易于批量化生产。与纳米多孔铜传统的制备工艺相比，本发明制得的产物中存在铜的氧化物，材料具有独特的光学和催化性质，制备成本低廉、无毒性。
本发明的目的在于采用冷压、高温合金化、脱合金法，将铝粉和铜粉混合均匀后冷压、高温合金化，制备出前驱体，然后在氢氧化钠溶液中进行选择性腐蚀的脱合金处理，使得铜的微观组织发生了较大变化。在腐蚀过程中，铝原子发生溶解，部分铜原子也被溶解，铜离子与溶解氧接触发生氧化形成了铜的氧化物，从而得到具有纳米孔结构的铜/氧化亚铜/氧化铜复合材料。
本发明的特点在于：
通过使用冷压、高温合金化、脱合金的方法，将铜铝合金前驱体制备成纳米孔结构的铜/氧化亚铜/氧化铜复合材料，在不影响纳米多孔铜存在的前提下，制备出了含有铜氧化物的复合材料。结果显示，该复合材料的纳米孔结构均匀、细小，孔尺寸在20~90nm范围内、韧带宽度在10~80nm范围内。该类材料具有良好的导电性、延展性、比表面积大、生物兼容性好、化学活性高等性能，可以应用于太阳能电池、光催化剂、电极材料、锂离子电池、超级电容器等方面。
本发明材料的前驱体是由以下原子百分比（at%）的组分组成：60~85%铝（Al），其余为铜（Cu）及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。
材料的制备方法采用以下步骤：先将铝粉和铜粉混合均匀后，在室温下压制成型，再升至一定温度进行高温合金化，制备出块状前驱体，然后在氢氧化钠溶液中进行选择性腐蚀的脱合金处理和氧化处理，去除铝组元，并且形成氧化铜/氧化亚铜组织，从而制得该发明材料。
本发明的复合材料制备方法具体为：
（1）将尺寸为150-200目的铝粉和尺寸为150-200目的铜粉按照预定的原子比混合均匀，再用液压机将其压制成块状，所用压力为300MPa~550MPa，保压时间为1~5min；
（2）将压制成块状的金属放入真空炉中高温合金化，升温至400℃~750℃，保温时间为30min~120min，制得块体的铝铜合金；
（3）在室温下，将制得的铝铜合金放入氢氧化钠溶液中进行选择性腐蚀，直至无明显气泡冒出后取出，然后清洗、烘干，并测试其比表面积大小。用所得试样制备超级电容器电极并在5mV/s的扫描速率下测试其比容量。
具体实施方式
实施例1
本发明实施例材料的组成原子配比(at%)为60%Al，其余为铜（Cu）及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。
采取以下步骤制得：
（1）将铜粉及铝粉按照60:40的原子比混合均匀，再将混合后的粉末用液压机压制成块状，所用压力为500MPa，保压时间为2分钟；
（2）将压制成块状的金属放入真空炉中高温合金化，升温至430℃，保温时间为120min，制得铝铜合金；
（3）在常温下，将制得的铝铜合金放入浓度为6mol/L氢氧化钠溶液中进行选择性腐蚀，直至无明显气泡冒出后取出，然后清洗、烘干，并测试其比表面积。用所得试样制备超级电容器电极并在5mV/s的扫描速率下测试其比容量。
实验条件、所得组织相组成、比表面积及其所做电极的比容量数值见表1。
实施例2
本发明实施例材料的组成原子配比(at%)为60%Al，其余为铜（Cu）及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。
采取以下步骤制得：
（1）将铜粉及铝粉按照60:40的原子比混合均匀，再将混合后的粉末用液压机压制成块状，所用压力为500MPa，保压时间为2分钟；
（2）将压制成块状的金属放入真空炉中高温合金化，升温至700℃，保温时间为30min，制得铝铜合金；
（3）在室温下，将制得的铝铜合金放入浓度为6mol/L氢氧化钠溶液中进行选择性腐蚀，直至无明显气泡冒出后取出，然后清洗、烘干。用所得试样制备超级电容器电极并在5mV/s的扫描速率下测试其比容量。
实验条件、所得组织相组成、比表面积及其所做电极的比容量数值见表1。
实施例3
本发明实施例材料的组成原子配比(at%)为67%Al，其余为铜（Cu）及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。
采取以下步骤制得：
（1）将铜粉及铝粉按照67:33的原子比混合均匀，再将混合后的粉末用液压机压制成块状，所用压力为350MPa，保压时间为2分钟；
（2）将压制成块状的金属放入真空炉中高温合金化，升温至430℃，保温时间为120min，制得铝铜合金；
（3）在室温下，将制得的铝铜合金放入浓度为6mol/L氢氧化钠溶液中进行选择性腐蚀，直至无明显气泡冒出后取出，然后清洗、烘干，测试其比表面积大小。用所得试样制备超级电容器电极并在5mV/s的扫描速率下测试其比容量。
实验条件、所得组织相组成、比表面积及其所做电极的比容量数值见表1。
实施例4
本发明实施例材料的组成原子配比(at%)为67%Al，其余为铜（Cu）及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。
采取以下步骤制得：
（1）将铜粉及铝粉按照67:33的原子比混合均匀，再将混合后的粉末用液压机压制成块状，所用压力为350MPa，保压时间为2分钟；
（2）将压制成块状的金属放入真空炉中高温合金化，升温至500℃，保温时间为60min，制得铝铜合金；
（3）在室温下，将制得的铝铜合金放入浓度为6mol/L氢氧化钠溶液中进行选择性腐蚀，直至无明显气泡冒出后取出，然后清洗、烘干，测试其比表面积大小。用所得试样制备超级电容器电极并在5mV/s的扫描速率下测试其比容量。
实验条件、所得组织相组成、比表面积及其所做电极的比容量数值见表1。
实施例5
本发明实施例材料的组成原子配比(at%)为67%Al，其余为铜（Cu）及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。
采取以下步骤制得：
（1）将铜粉及铝粉按照67:33的原子比混合均匀，再将混合后的粉末用液压机压制成块状，所用压力为500MPa，保压时间为2分钟；
（2）将压制成块状的金属放入真空炉中高温合金化，升温至430℃，保温时间为30min，制得铝铜合金；
（3）在室温下，将制得的铝铜合金放入浓度为6 mol/L氢氧化钠溶液中进行选择性腐蚀，直至无明显气泡冒出后取出，然后清洗、烘干，测试其比表面积大小。用所得试样制备超级电容器电极并在5mV/s的扫描速率下测试其比容量。
实验条件、所得组织相组成、比表面积及其所做电极的比容量数值见表1。
实施例6
本发明实施例材料的组成原子配比(at%)为85%Al，其余为铜（Cu）及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。
采取以下步骤制得：
（1）将铜粉及铝粉按照85:15的原子比混合均匀，再将混合后的粉末用液压机压制成块状，所用压力为500MPa，保压时间为2分钟；
（2）将压制成块状的金属放入真空炉中高温合金化，升温至700℃，保温时间为30min，制得铝铜合金；
（3）在室温下，将制得的铝铜合金放入浓度为6 mol/L氢氧化钠溶液中进行选择性腐蚀，直至无明显气泡冒出后取出，然后清洗、烘干，测试其比表面积大小。用所得试样制备超级电容器电极并在5mV/s的扫描速率下测试其比容量。
实验条件、所得组织相组成、比表面积及其所做电极的比容量数值见表1。
实施例7
本发明实施例材料的组成原子配比(at%)为85%Al，其余为铜（Cu）及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。
采取以下步骤制得：
（1）将铜粉及铝粉按照85:15的原子比混合均匀，再将混合后的粉末用液压机压制成块状，所用压力为500MPa，保压时间为2分钟；
（2）将压制成块状的金属放入真空炉中高温合金化，升温至700℃，保温时间为120min，制得铝铜合金；
（3）在室温下，将制得的铝铜合金放入浓度为6 mol/L氢氧化钠溶液中进行选择性腐蚀，直至无明显气泡冒出后取出，然后清洗、烘干，测试其比表面积大小。用所得试样制备超级电容器电极并在5mV/s的扫描速率下测试其比容量。
实验条件、所得组织相组成、比表面积及其所做电极的比容量数值见表1。
本发明所列举的实施例的实验条件、所得组织相组成、比表面积及其所做电极的比容量如表1所示。由表可知，在不同实验下，所得组织的相组成不同，用其所做的超级电容器电极的比容量也不同。其中，用实施例1、2、4、7所得试样制备的超级电容器电极的比容量是前四个最大值，电极的比容量数值随着比表面积的增大而增大。分析可知，这四个实施例所得组织的相组成中都有CuO和Cu2O两相同时存在，且只存在CuO和Cu2O两相的试样比表面积最大，用其制得的超级电容器的比容量数值也最高。通过适当调节冷压压力、高温合金化的温度与保温时间，可以制得不同相组成的材料。
表1 本发明实施例的实验条件、所得组织相组成、比表面积及其所做电极的比容量
实施例 合金 冷压压力（MPa） 温度（℃） 保温时间（min） 组织组成 比表面积（m2/g） 电极比容量（F/g）
1 60Al40Cu 500 430 120 Cu2O, CuO 34 1268
2 60Al40Cu 500 700 30 Cu, Cu2O, CuO, 24 924
3 67Al33Cu 350 430 120 Cu, Cu2O 19 254
4 67Al33Cu 350 500 60 Cu, Cu2O, CuO 30 1118
5 67Al33Cu 500 430 30 Cu, CuO 20 442
6 85Al15Cu 500 700 30 Cu 11 52
7 85Al15Cu 500 700 120 Cu, Cu2O, CuO 21 586

Claims (5)

1.一种纳米结构铜/氧化亚铜/氧化铜复合材料，其特征是由以下原子配比的材料组成：铜粉（Cu）为15%~40%，铝粉（Al）为60%~85%，其余为铜（Cu）及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述复合材料的制备方法，其特征是采用以下步骤：
（1）将铝粉和铜粉按照预定的原子比混合均匀，再用液压机将其压制成块状，所用压力为300MPa~550MPa，保压时间为1~5min；
（2）将压制成块状的金属放入真空炉中进行高温合金化，升温至400℃~750℃，保温时间为30min~120min，制得铝铜合金；
（3）将制得的铝铜合金放入氢氧化钠溶液中进行选择性腐蚀，直至无明显气泡冒出后取出，然后清洗、烘干，测试其比表面积大小。
3.所得试样制备超级电容器电极并在5mV/s的扫描速率下测试其比容量。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤（1）中，铝粉与铜粉按预定的原子比均匀混合，用液压机压制成块状，所用压力300MPa~550MPa，保压时间为1~5min。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤（2）中，升温至400℃~750℃，保温时间为30min~120min，制得铝铜合金。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105957730A (zh) * 2016-05-25 2016-09-21 东南大学 氧化铜-氧化亚铜-铜三元复合电极材料的制备及应用
CN106158408A (zh) * 2016-07-25 2016-11-23 合肥工业大学 一种NiOOH@CuO/Cu2O复合纳米片阵列薄膜及其制备方法和应用
CN106571473A (zh) * 2016-10-26 2017-04-19 济南大学 一种多级孔结构的Cu/Cu2O/CuO三维复合材料制备方法
CN109524622A (zh) * 2018-11-13 2019-03-26 四川大学 基于铜锡合金的三维氧化亚铜-纳米多孔铜锂离子电池负极的一步制备法
CN109961964A (zh) * 2017-12-26 2019-07-02 深圳中科瑞能实业有限公司 金属箔材用作钇离子混合超级电容器负极、钇离子混合超级电容器及其制备方法
CN111676498A (zh) * 2020-06-24 2020-09-18 河北工业大学 一种氧化亚铜电极的制备方法
CN112091207A (zh) * 2020-09-10 2020-12-18 安徽德诠新材料科技有限公司 一种复合型多孔铜粉及其制备方法和应用
CN113707890A (zh) * 2021-08-17 2021-11-26 复旦大学 一种Au/Cu/Cu2O复合材料、超组装制备方法及应用
WO2023201710A1 (zh) * 2022-04-22 2023-10-26 赵远云 贵金属纳米颗粒掺杂的纳米金属氧化物及贵金属纳米颗粒的制备方法与用途

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012086697A1 (ja) * 2010-12-21 2012-06-28 国立大学法人東北大学 ナノポーラス・セラミックス複合金属
CN104624200A (zh) * 2014-12-30 2015-05-20 西安交通大学 一种纳米多孔氧化铜负载贵金属催化材料的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012086697A1 (ja) * 2010-12-21 2012-06-28 国立大学法人東北大学 ナノポーラス・セラミックス複合金属
CN104624200A (zh) * 2014-12-30 2015-05-20 西安交通大学 一种纳米多孔氧化铜负载贵金属催化材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
于刘涛: "多孔氧化物复合电极在超级电容器中的电化学研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105957730A (zh) * 2016-05-25 2016-09-21 东南大学 氧化铜-氧化亚铜-铜三元复合电极材料的制备及应用
CN105957730B (zh) * 2016-05-25 2018-06-19 东南大学 氧化铜-氧化亚铜-铜三元复合电极材料的制备及应用
CN106158408A (zh) * 2016-07-25 2016-11-23 合肥工业大学 一种NiOOH@CuO/Cu2O复合纳米片阵列薄膜及其制备方法和应用
CN106158408B (zh) * 2016-07-25 2018-06-19 合肥工业大学 一种NiOOH@CuO/Cu2O复合纳米片阵列薄膜及其制备方法和应用
CN106571473A (zh) * 2016-10-26 2017-04-19 济南大学 一种多级孔结构的Cu/Cu2O/CuO三维复合材料制备方法
CN109961964A (zh) * 2017-12-26 2019-07-02 深圳中科瑞能实业有限公司 金属箔材用作钇离子混合超级电容器负极、钇离子混合超级电容器及其制备方法
CN109524622A (zh) * 2018-11-13 2019-03-26 四川大学 基于铜锡合金的三维氧化亚铜-纳米多孔铜锂离子电池负极的一步制备法
CN111676498A (zh) * 2020-06-24 2020-09-18 河北工业大学 一种氧化亚铜电极的制备方法
CN111676498B (zh) * 2020-06-24 2022-02-18 河北工业大学 一种氧化亚铜电极的制备方法
CN112091207A (zh) * 2020-09-10 2020-12-18 安徽德诠新材料科技有限公司 一种复合型多孔铜粉及其制备方法和应用
CN112091207B (zh) * 2020-09-10 2024-04-26 安徽德诠新材料科技有限公司 一种复合型多孔铜粉及其制备方法和应用
CN113707890A (zh) * 2021-08-17 2021-11-26 复旦大学 一种Au/Cu/Cu2O复合材料、超组装制备方法及应用
CN113707890B (zh) * 2021-08-17 2023-04-21 复旦大学 一种Au/Cu/Cu2O复合材料、超组装制备方法及应用
WO2023201710A1 (zh) * 2022-04-22 2023-10-26 赵远云 贵金属纳米颗粒掺杂的纳米金属氧化物及贵金属纳米颗粒的制备方法与用途

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