CN107557832B - 一种三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维铂‑n型氧化亚铜复合纳米纸的制备方法，首先利用原位生长法在纸纤维的表面包覆铂纳米粒子层，制备纸基铂电极，然后采用电位溶出分析法在纸基铂电极的功能区电沉积树枝状的n型氧化亚铜，获得三维铂‑n型氧化亚铜复合纳米纸。基于贵金属铂对纸纤维的良好吸附能力，获得的纸基铂电极具有大的表面积和良好的导电性，有利于进一步功能化大量的树枝状的n型氧化亚铜。制备的三维铂‑n型氧化亚铜复合纳米纸具有较强的可见光吸收能力，较高的光电转换效率，可以广泛地应用于光电化学传感、光催化和太阳能电池领域。

Description

一种三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸的制备方法

技术领域

本发明涉及复合纳米材料制备技术领域，更具体的说是一种三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸的制备方法。

背景技术

纸作为四大发明之一，由于其成本低、易折叠、便携、环保等优点被广泛地应用于能源、医学、生物传感等领域。纸自身独特的纤维网络结构，使其具有较大的表面积用于功能化不同的纳米材料。贵金属由于其对纸纤维良好的吸附能力，通常被用于功能化纸纤维，以增强纸的表面积、导电性和生物相容性。

n型氧化亚铜具有带隙小、可见光吸收能力强、原材料丰富、毒性小等优点，被广泛地应用于光电化学传感、光催化和太阳能电池领域。将氧化亚铜负载在贵金属功能化的纸纤维表面，可以获得具有大的表面积、良好导电性的三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸。基于复合材料的优良性能，这种复合纳米纸将具有较强的光电转换效率。因此，寻找有效的方法将氧化亚铜和贵金属功能化在纸纤维的表面具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是首先通过原位生长法在纸纤维的表面包覆铂纳米粒子层制备纸基铂电极，然后在纸基铂电极的表面利用电位溶出分析法电沉积树枝状的n型氧化亚铜，制备三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸。

一种三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸的制备方法具体包括如下步骤：

（1）制备纸基铂电极：该过程分为两步，第一步是首先利用计算机软件设计纸基电极的疏水蜡打印图案，如附图1所示，然后将设计好的图案打印在色谱纸上，最后，将打印过的色谱纸在130 ℃条件下，加热50秒，使蜡融化，形成疏水区域；第二步是在纸基电极的亲水区域采用原位生长法包覆铂纳米粒子层，制备纸基铂电极；

（2）制备三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸。

本发明步骤（1）所使用的计算机软件是Photoshop或者Adobe illustrator或者CorelDRAW软件中的一种。

本发明步骤（1）所述的纸基电极的尺寸如附图1所示，其形状为正方形，长和宽均为20 mm，在白色的亲水区域中，上面的正方形区域为导电连接点，长和宽均为5 mm，中间的长方形区域为导线，长为3 mm，宽为2.5 mm，下面的正方形区域为功能区，长和宽均为8 mm，四周的灰色区域为疏水区域。

本发明步骤（1）所述的在纸基电极的亲水区域采用原位生长法包覆铂纳米粒子层，制备纸基铂电极的具体步骤如下：量取50-80 μL生长液，滴涂到纸基电极的亲水区域，所述的生长液由浓度为150-180 mM的氯铂酸和浓度为100-125 mM的抗坏血酸组成，在室温下反应20-30 min后，用二次水洗涤并在室温下自然干燥。

本发明步骤（2）所述的制备三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸的具体方法如下：利用标准的三电极系统，其中铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，步骤（1）中获得的纸基铂电极作为工作电极，通过电位溶出分析法在纸基铂电极的功能区电沉积树枝状的n型氧化亚铜，所用的沉积电解液是浓度为0.01-0.03 M的乙酸铜，电解液的pH由浓度为0.05 M的乙酸溶液调节为4-6，沉积电压为-0.05 V到-0.2 V，沉积时间为40-60 min，沉积温度为60-70 ℃，沉积完成后，用二次水洗涤电极表面并在60 ℃条件下干燥30 min，获得三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸。

本发明的有益效果：

（1）通过原位生长法在纸纤维的表面包覆铂纳米粒子层，可以极大地增强纸纤维的导电性和表面积，有利于进一步电沉积大量的树枝状的n型氧化亚铜，该制备方法简单、高效，适合大批量生产。

（2）制备的三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸不仅具有大的表面积、良好的导电性而且具有较强的可见光吸收能力，在光电化学应用中可以极大地提高光电转换效率，具有较高的应用价值。

（3）树枝状的n型氧化亚铜相比于其他氧化亚铜具有较大的表面积，有利于改善其对可见光的吸收能力，增加其与反应物的接触面积，使其更好地应用于光催化领域。

说明书附图

图1为所设计的纸基电极的疏水蜡打印图案。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸的制备方法，具体制备方案如下：

（1）制备纸基铂电极：该过程分为两步，第一步是首先利用Adobe illustratorCS4软件设计纸基电极的疏水蜡打印图案，如附图1所示，其形状为正方形，长和宽均为20mm，在白色的亲水区域中，上面的正方形区域为导电连接点，长和宽均为5 mm，中间的长方形区域为导线，长为3 mm，宽为2.5 mm，下面的正方形区域为功能区，长和宽均为8 mm，四周的灰色区域为疏水区域；然后将设计好的图案打印在色谱纸上，最后，将打印过的色谱纸在130 ℃条件下，加热50秒，使蜡融化，形成疏水区域；第二步是在纸基电极的亲水区域采用原位生长法包覆铂纳米粒子层，制备纸基铂电极：量取60 μL生长液，滴涂到纸基电极的亲水区域，所述的生长液由浓度为160 mM的氯铂酸和浓度为110 mM的抗坏血酸组成，在室温下反应20 min后，用二次水洗涤并在室温下自然干燥；

（2）制备三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸：利用标准的三电极系统，其中铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，步骤（1）中获得的纸基铂电极作为工作电极，通过电位溶出分析法在纸基铂电极的功能区电沉积树枝状的n型氧化亚铜，所用的沉积电解液是浓度为0.02 M的乙酸铜，电解液的pH由浓度为0.05 M的乙酸溶液调节为5，沉积电压为-0.2 V，沉积时间为60 min，沉积温度为60 ℃，沉积完成后，用二次水洗涤电极表面并在60℃条件下干燥30 min，获得三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸。

实施例2

制备步骤同例1，不同之处是：步骤（1）中在纸基电极的亲水区域采用原位生长法包覆铂纳米粒子层，制备纸基铂电极中所述的生长液由浓度为180 mM的氯铂酸和浓度为125 mM的抗坏血酸组成。

实施例3

制备步骤同例1，不同之处是：步骤（2）中所述的沉积电解液是浓度为0.03 M的乙酸铜。

实施例4

制备步骤同例1，不同之处是：步骤（2）中所述的沉积电解液的pH为5.5。

实施例5

制备步骤同例1，不同之处是：步骤（2）中所述的沉积时间为50 min。

实施例6

制备步骤同例1，不同之处是：步骤（2）中所述的沉积温度为70 ℃。

Claims (1)

1.一种三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）制备纸基铂电极：该过程分为两步，第一步是首先利用计算机软件设计纸基电极的疏水蜡打印图案，所使用的计算机软件是Photoshop或者Adobe illustrator或者CorelDRAW软件中的一种，所述的纸基电极的形状为正方形，长和宽均为20 mm，在白色的亲水区域中，上面的正方形区域为导电连接点，长和宽均为5 mm，中间的长方形区域为导线，长为3 mm，宽为2.5 mm，下面的正方形区域为功能区，长和宽均为8 mm，四周的灰色区域为疏水区域；然后将设计好的图案打印在色谱纸上，最后，将打印过的色谱纸在130 ℃条件下，加热50秒，使蜡融化，形成疏水区域；第二步是在纸基电极的亲水区域采用原位生长法包覆铂纳米粒子层，制备纸基铂电极：量取50-80 μL生长液，滴涂到纸基电极的亲水区域，所述的生长液由浓度为150-180 mM的氯铂酸和浓度为100-125 mM的抗坏血酸组成，在室温下反应20-30 min后，用二次水洗涤并在室温下自然干燥；

（2）制备三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸：利用标准的三电极系统，其中铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，步骤（1）中获得的纸基铂电极作为工作电极，通过电沉积法在纸基铂电极的功能区电沉积树枝状的n型氧化亚铜，所用的沉积电解液是浓度为0.01-0.03 M的乙酸铜，电解液的pH由浓度为0.05 M的乙酸溶液调节为4-6，沉积电压为-0.05 V到-0.2 V，沉积时间为40-60 min，沉积温度为60-70 ℃，沉积完成后，用二次水洗涤电极表面并在60 ℃条件下干燥30 min，获得三维铂-n型氧化亚铜复合纳米纸。