CN108277520A - 中空立方体氯化亚铜薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种中空立方体氯化亚铜薄膜的制备方法。该方法包括以下步骤：将铜片放入马弗炉里，在200℃煅烧1.5‑2.5h；然后将其作为阳极，铂片作为阴极，浸入电解液中，直流电进行阳极氧化，反应结束后取下铜片，用去离子水浸泡、清洗，吹干，即得中空立方体氯化亚铜薄膜；所述的电解液的组成为氯化铵、冰醋酸和水，每100g水中加入0.5‑0.7g氯化铵和0.1‑0.2g冰醋酸。本发明制备工艺简单，操作方便，成本低，易于工业化生产，所用电解液无毒、无污染。

Description

中空立方体氯化亚铜薄膜的制备方法
技术领域：
本发明属于功能材料制备领域，特别涉及一种中空立方体氯化亚铜薄膜的制备方法。
背景技术：
氯化亚铜是一种重要的化工产品，常用作催化剂、脱硫剂、脱色剂、还原剂、气体吸收剂、杀菌剂、防腐剂等，还可用于光催化、锂离子电池、光学材料等领域。
氯化亚铜常见的制备方法是将亚硫酸盐加入硫酸铜与氯化钠的混合水溶液中进行反应。氯化亚铜的形貌和形态与其性能和用途密切相关，为了改善、提高氯化亚铜的性能，扩大氯化亚铜的用途，具有特定形貌结构的氯化亚铜的制备受到关注。例如，《无机盐工业》(2006，38(3)，P22-23)报道一种不同晶粒尺寸氯化亚铜微粉的制备方法，将SO2气体通入CuCl2溶液中直至有白色固体产生，然后加入NaCl固体，搅拌溶解，将溶液迅速倒入大量蒸馏水中进行水解，得到产物。通过调节反应物的浓度和温度，可以制备不同粒径的氯化亚铜晶体。《Nano Research》(2010，3，P174-179)报道一种氯化亚铜的制备方法，通过溶剂热过程制备出不同形貌的氯化亚铜微晶。《功能材料与器件学报》(2008，14(1)，P1-4)报道一种氯化亚铜纳米棒薄膜的制备方法，将纯化的CuCl粉末和Si基片放到位于管式炉内的石英管中，抽真空(0.1Pa),然后快速升温至350℃，维持40min，自然冷却得到薄膜。《Journal ofCrystal Growth》(2013，378，P372-375)报道一种氯化亚铜薄膜的制备方法，该法是采用分子束外延技术，在CaF2(111)基底上生长出氯化亚铜薄膜。这些方法虽然可以制备出氯化亚铜薄膜，但尚有不足之处。例如，SO2气体的使用会带来环境污染问题；溶剂热法的反应周期过长，对设备的依赖性强；使用管式炉蒸发CuCl粉末，制备效率低；分子束外延技术使用的设备较昂贵且镀膜的条件苛刻。
发明内容
本发明的目的为针对当前技术存在的不足，提供了一种中空立方体氯化亚铜薄膜的制备方法。该方法采用阳极氧化法，在含有适量冰醋酸的电解液中制备中空立方体氯化亚铜薄膜。本发明制备工艺简单，操作方便，成本低，易于工业化生产，所用电解液无毒、无污染。
本发明所采用的技术方案是：
一种中空立方体氯化亚铜薄膜的制备方法，包括以下步骤：
将铜片放入马弗炉里，在200℃煅烧1.5-2.5h；然后将其作为阳极，铂片作为阴极，阳极与阴极间距离为2.0cm，浸入电解液中，采用20V直流电进行阳极氧化，反应时间为50-70min；反应结束后取下铜片，用去离子水浸泡、清洗，吹干，即得中空立方体氯化亚铜薄膜；
所述的电解液的组成为氯化铵、冰醋酸和水，每100g水中加入0.5-0.7g氯化铵和0.1-0.2g冰醋酸。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的突出特点是，所制备薄膜为中空立方体氯化亚铜薄膜，氯化亚铜为中空立方体，与普通氯化亚铜薄膜相比，提高了薄膜的孔隙率和有效比表面积，可以改善、提高氯化亚铜的性能，并有潜在的应用前景。
(2)本发明的显著特点是，所用铜片在阳极氧化前需要在200℃煅烧，阳极氧化电解液为含有适量冰醋酸的氯化铵水溶液，这些都是制备中空立方体氯化亚铜薄膜的必要条件。
(3)本发明的显著特点是，制备工艺简单，操作方便，成本低，易于工业化生产，所用电解液无毒、无污染。该薄膜可用于工业催化、环境治理和能源材料等多个领域，尤其在气体传感器、催化剂和锂离子电池等领域有更佳的应用性能。例如，薄膜的中空结构和高的孔隙率，使其对气体的敏感性更强；同时中空结构可增加催化剂的活性面积，催化效果更佳；而且中空结构的薄膜具有高的比表面积，可更好地适应锂离子电池在充放电过程中的体积变化并维持电极材料的结构稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的中空立方体氯化亚铜薄膜的形貌。
图2为本发明实施例1所制备的中空立方体氯化亚铜薄膜的XRD图谱。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
将铜片放入马弗炉里，在200℃煅烧2h。
在100g水中加入0.55g氯化铵和0.15g冰醋酸，搅拌溶解，以其为电解液，煅烧过的铜片作阳极，铂片作阴极，阳极与阴极间距离为2.0cm，采用20V直流电进行阳极氧化，反应时间为60min。阳极氧化实验结束后，取下铜片，用去离子水浸泡、清洗，暖风吹干，即得中空立方体氯化亚铜薄膜。
图1是样品的形貌，插图是中空立方体的放大图，由图可知，薄膜由大小均匀的中空立方体构成。图2是样品的XRD图谱，样品的衍射峰与氯化亚铜标准卡片(PDF 6-344)一致，说明样品的成分为氯化亚铜，样品衍射峰的相对强度与氯化亚铜标准卡片略有差异，这是由于样品为中空立方体结构所致。
实施例2
将铜片放入马弗炉里，在200℃煅烧1.5h。
在100g水中加入0.5g氯化铵和0.1g冰醋酸，搅拌溶解，以其为电解液，煅烧过的铜片作阳极，铂片作阴极，阳极与阴极间距离为2.0cm，采用20V直流电进行阳极氧化，反应时间为50min。阳极氧化实验结束后，取下铜片，用去离子水浸泡、清洗，暖风吹干，即得中空立方体氯化亚铜薄膜。
实施例3
将铜片放入马弗炉里，在200℃煅烧2.5h。
在100g水中加入0.7g氯化铵和0.2g冰醋酸，搅拌溶解，以其为电解液，煅烧过的铜片作阳极，铂片作阴极，阳极与阴极间距离为2.0cm，采用20V直流电进行阳极氧化，反应时间为70min。阳极氧化实验结束后，取下铜片，用去离子水浸泡、清洗，暖风吹干，即得中空立方体氯化亚铜薄膜。
实施例4
将铜片放入马弗炉里，在200℃煅烧2h。
在100g水中加入0.7g氯化铵和0.1g冰醋酸，搅拌溶解，以其为电解液，煅烧过的铜片作阳极，铂片作阴极，阳极与阴极间距离为2.0cm，采用20V直流电进行阳极氧化，反应时间为70min。阳极氧化实验结束后，取下铜片，用去离子水浸泡、清洗，暖风吹干，即得中空立方体氯化亚铜薄膜。
实施例5
将铜片放入马弗炉里，在200℃煅烧1.5h。
在100g水中加入0.5g氯化铵和0.2g冰醋酸，搅拌溶解，以其为电解液，煅烧过的铜片作阳极，铂片作阴极，阳极与阴极间距离为2.0cm，采用20V直流电进行阳极氧化，反应时间为50min。阳极氧化实验结束后，取下铜片，用去离子水浸泡、清洗，暖风吹干，即得中空立方体氯化亚铜薄膜。
本发明采用阳极氧化法制备氯化亚铜薄膜，该工艺过程简单易控、环境友好，产品具有中空结构、高孔隙率和大的比表面积，在气体传感器、催化剂和锂离子电池等领域有更佳的应用性能。本发明中中空立方体氯化亚铜薄膜的形成机理为：铜片首先在200℃下煅烧，表面形成一薄层氧化膜，当在NH4Cl和冰醋酸的混合电解液中进行阳极氧化过程时，铜片表面的氧化膜会破裂形成铜氧化物小颗粒，这些铜氧化物小颗粒作为晶核，反应过程中生成的氯化亚铜沉积在这些铜氧化物颗粒上形成立方体，铜氧化物在酸性电解液中溶解并不断向外扩散，导致中空立方体氯化亚铜的形成。本发明所述的中空立方结构的形成不需要引入其他立方结构的物质作为模板。
本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (1)

1.一种中空立方体氯化亚铜薄膜的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：
将铜片放入马弗炉里，在200℃煅烧1.5-2.5 h；然后将其作为阳极，铂片作为阴极，阳极与阴极间距离为2.0cm，浸入电解液中，采用20V直流电进行阳极氧化，反应时间为50-70min；反应结束后取下铜片，用去离子水浸泡、清洗，吹干，即得中空立方体氯化亚铜薄膜；
所述的电解液的组成为氯化铵、冰醋酸和水，每100g水中加入0.5-0.7 g氯化铵和0.1-0.2 g冰醋酸。
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