CN111074311B - 纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纸基金‑四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料的制备方法，首先利用双侧生长法在纸的表面和内部结构包覆金纳米粒子导电层，获得纸基金电极，然后通过电沉积法在纸基金电极表面生长四棱锥状的氧化亚铜，最后获得纸基金‑四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料。基于双侧生长法制备的纸基金电极具有全方位的导电性，有利于其表面生长致密的四棱锥状氧化亚铜。四棱锥状的氧化亚铜表现出较大的表面积，这不仅有利于增强其对可见光的响应能力而且有利于其负载大量的纳米材料和生物分子，使其更好地应用于光电化学生物传感器领域。

Description

纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及纸芯片功能化处理技术和纳米复合材料制备技术领域，更具体的说是一种纸基金-四棱锥状氧化亚铜复合材料的制备方法。
背景技术
纸具有纵横交错的纤维网络结构，该纤维结构不仅具有大的表面积而且纤维表面富含官能团，利于功能化处理各种各样的纳米材料。基于纸自身独特的纤维结构，其具有低成本、便携、易折叠、环保、易降解等优点，是一种优良的基底材料。近年来，不同的纸基纳米材料已经被制备，比如纸基碳材料、纸基贵金属、纸基过渡金属氧化物等，其表现出优良的性能并广泛地应用于催化、能源、传感器等领域。
氧化亚铜是一种窄带隙的半导体材料，带隙宽度约为2.0 eV，其具有低毒性、来源丰富、制造简单、电荷迁移能力高等优点。基于自身的窄带隙，氧化亚铜表现出较强的可见光响应能力，是一种性能优良的光电活性材料，其已经广泛的用于光电化学传感领域。联合纸基材和氧化亚铜的综合优势，制备纸基氧化亚铜纳米材料具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是首先通过双侧生长法在纸的表面和内部结构功能化金纳米粒子导电层，获得导电性良好的纸基金电极，然后利用电沉积法在纸基金电极表面沉积四棱锥状的氧化亚铜，制备纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料。
纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料的制备方法具体包括如下步骤：
（1）首先在计算机上利用Adobe illustrator CS6软件设计纸基电极蜡打印图案，然后通过型号为Color Qube 8580的蜡打印机将设计好的图案打印在尺寸为A4的色谱纸上，最后将打印过的色谱纸在150 ℃的烘箱中加热30 s，使蜡融化并渗透到纸纤维中，获得纸电极的亲水功能区；
（2）制备纸基金电极，该过程分为2步，第一步是制备金种子溶液，将0.5-1.0 mL冰浴处理过的浓度为0.1-0.3 M的硼氢化钠溶液加入到10-30 mL浓度为200-300 μM的氯金酸溶液中，将获得的混合液在冰浴条件下反应10-20 min后，在室温下磁力搅拌2-3 h，获得金种子溶液；第二步是利用双面生长法在纸纤维表面生长金纳米粒子，首先在步骤（1）中获得的纸电极的亲水功能区的正面滴加50-70 μL金种子溶液并在40 ℃的烘箱中干燥，重复操作上述“滴加-干燥”过程2-4次后，继续滴加50-70 μL由浓度为100-200 mM的盐酸羟胺和浓度为10-20 mM的氯金酸组成的混合液，并在40 ℃的烘箱中反应10-20 min，然后在纸电极的亲水功能区的反面滴加20-40 μL金种子溶液并在40 ℃的烘箱中干燥，重复该“滴加-干燥”过程1-3次后，继续滴加20-40 μL由浓度为100-200 mM的盐酸羟胺和浓度为10-20 mM的氯金酸组成的混合液，最后在40 ℃的烘箱中反应10-20 min，获得纸基金电极；
（3）制备纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料：利用由步骤（2）中获得的纸基金电极、Ag/AgCl参比电极和铂对电极组成的三电极体系，通过电沉积法在纸基金电极表面沉积四棱锥状的氧化亚铜，所用的沉积时间为40-60 min，沉积电压为-0.2~-0.4 V，沉积温度为55-65 ℃，沉积电解液由浓度为0.2-0.4 M的乳酸和浓度为0.02-0.04 M的醋酸铜组成，沉积电解液的pH由浓度为1 M的氢氧化钠调节为10-11，沉积完成后，用二次水洗涤纸基金电极表面，并在室温下自然干燥，获得纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料，其扫描电镜表征如附图1和附图2所示。
本发明的有益效果：
（1）通过双侧生长法在纸的表面和内部结构功能化金纳米粒子不仅可以增强纸的表面导电性而且可以解决纸纵向导电性的问题，获得具有全方位导电性的纸基底，这有利于在纸表面电沉积致密的四棱锥状氧化亚铜，获得性能优异的纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料。
（2）利用双侧生长法和电沉积法成功地制备了纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料，该制备方法条件温和、操作简单、适合于大批量生产，具有较高的经济实用价值。
（3）四棱锥状的氧化亚铜具有较多暴露的表面，表现出较大的表面积，这不仅有利于增强其感光能力而且可以增大其对纳米材料和生物分子的负载能力，使其更好地应用于光电化学传感领域。
说明书附图
图1为制备的纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料的低倍放大扫描电镜图。
图2为制备的纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料的高倍放大扫描电镜图。
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
纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料的制备方法，具体制备方案如下：
（1）首先在计算机上利用Adobe illustrator CS6软件设计纸基电极蜡打印图案，然后通过型号为Color Qube 8580的蜡打印机将设计好的图案打印在尺寸为A4的色谱纸上，最后将打印过的色谱纸在150 ℃的烘箱中加热30 s，使蜡融化并渗透到纸纤维中，获得纸电极的亲水功能区；
（2）制备纸基金电极，该过程分为2步，第一步是制备金种子溶液，将0.5 mL冰浴处理过的浓度为0.2 M的硼氢化钠溶液加入到20 mL浓度为250 μM的氯金酸溶液中，将获得的混合液在冰浴条件下反应15 min后，在室温下磁力搅拌3 h，获得金种子溶液；第二步是利用双面生长法在纸纤维表面生长金纳米粒子，首先在步骤（1）中获得的纸电极的亲水功能区的正面滴加50 μL金种子溶液并在40 ℃的烘箱中干燥，重复操作上述“滴加-干燥”过程4次后，继续滴加50 μL由浓度为150 mM的盐酸羟胺和浓度为15 mM的氯金酸组成的混合液，并在40 ℃的烘箱中反应20 min，然后在纸电极的亲水功能区的反面滴加30 μL金种子溶液并在40 ℃的烘箱中干燥，重复该“滴加-干燥”过程2次后，继续滴加30 μL由浓度为150 mM的盐酸羟胺和浓度为15 mM的氯金酸组成的混合液，最后在40 ℃的烘箱中反应20 min，获得纸基金电极；
（3）制备纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料：利用由步骤（2）中获得的纸基金电极、Ag/AgCl参比电极和铂对电极组成的三电极体系，通过电沉积法在纸基金电极表面沉积四棱锥状的氧化亚铜，所用的沉积时间为50 min，沉积电压为-0.3 V，沉积温度为55℃，沉积电解液由浓度为0.3 M的乳酸和浓度为0.03 M的醋酸铜组成，沉积电解液的pH由浓度为1 M的氢氧化钠调节为10，沉积完成后，用二次水洗涤纸基金电极表面，并在室温下自然干燥，获得纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料，其扫描电镜表征如附图1和附图2所示。
实施例2
制备步骤同例1，不同之处是：步骤（2）中第一步制备金种子溶液，所用的硼氢化钠溶液浓度为0.1 M。
实施例3
制备步骤同例1，不同之处是：步骤（3）中所用的沉积时间为60 min。
实施例4
制备步骤同例1，不同之处是：步骤（3）中所用的沉积电压为-0.4 V。
实施例5
制备步骤同例1，不同之处是：步骤（3）中所用的沉积温度为60 ℃。
实施例6
制备步骤同例1，不同之处是：步骤（3）中所用的沉积电解液的pH由浓度为1 M的氢氧化钠调节为11。

Claims (1)

1.一种纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：
（1）首先在计算机上利用Adobe illustrator CS6软件设计纸基电极蜡打印图案，然后通过型号为Color Qube 8580的蜡打印机将设计好的图案打印在尺寸为A4的色谱纸上，最后将打印过的色谱纸在150 ℃的烘箱中加热30 s，使蜡融化并渗透到纸纤维中，获得纸电极的亲水功能区；
（2）制备纸基金电极，该过程分为2步，第一步是制备金种子溶液，将0.5-1.0 mL冰浴处理过的浓度为0.1-0.3 M的硼氢化钠溶液加入到10-30 mL浓度为200-300 μM的氯金酸溶液中，将获得的混合液在冰浴条件下反应10-20 min后，在室温下磁力搅拌2-3 h，获得金种子溶液；第二步是利用双面生长法在纸纤维表面生长金纳米粒子，首先在步骤（1）中获得的纸电极的亲水功能区的正面滴加50-70 μL金种子溶液并在40 ℃的烘箱中干燥，重复操作上述“滴加-干燥”过程2-4次后，继续滴加50-70 μL由浓度为100-200 mM的盐酸羟胺和浓度为10-20 mM的氯金酸组成的混合液，并在40 ℃的烘箱中反应10-20 min，然后在纸电极的亲水功能区的反面滴加20-40 μL金种子溶液并在40 ℃的烘箱中干燥，重复该“滴加-干燥”过程1-3次后，继续滴加20-40 μL由浓度为100-200 mM的盐酸羟胺和浓度为10-20 mM的氯金酸组成的混合液，最后在40 ℃的烘箱中反应10-20 min，获得纸基金电极；
（3）制备纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料：利用由步骤（2）中获得的纸基金电极、Ag/AgCl参比电极和铂对电极组成的三电极体系，通过电沉积法在纸基金电极表面沉积四棱锥状的氧化亚铜，所用的沉积时间为40-60 min，沉积电压为-0.2~-0.4 V，沉积温度为55-65 ℃，沉积电解液由浓度为0.2-0.4 M的乳酸和浓度为0.02-0.04 M的醋酸铜组成，沉积电解液的pH由浓度为1 M的氢氧化钠调节为10-11，沉积完成后，用二次水洗涤纸基金电极表面，并在室温下自然干燥，获得纸基金-四棱锥状氧化亚铜纳米复合材料。
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