CN111733405B - 铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸的制备方法 - Google Patents

铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铂‑羟基氧化镍‑氧化亚铜‑金复合纳米纸的制备方法，首先利用双侧生长法在纸基底表面生长铂纳米粒子层，获得导电性能良好的铂纸基底，然后利用电沉积法在铂纸基底表面依次沉积羟基氧化镍、氧化亚铜纳米颗粒和金纳米粒子层，获得铂‑羟基氧化镍‑氧化亚铜‑金复合纳米纸。羟基氧化镍和金纳米粒子作为助催化剂可以有效地加速氧化亚铜光生电子和空穴的分离，阻止氧化亚铜自腐蚀，极大地提高氧化亚铜的应用稳定性。该纳米纸制备方法简单、高效，有利于大批量生产，对光电化学分解水、光电催化等领域具有重要的意义。

Description

铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金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及纸芯片功能化处理技术领域，更具体的说是一种铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸的制备方法。
背景技术
氧化亚铜作为一种窄带隙（2.1-2.3 eV）的P型半导体，具有无毒性、来源丰富、成本低廉等优点，其是一种良好的光电阴极材料。基于氧化亚铜自身优良的特性，其广泛地应用于光电化学分解水、锂离子电池、光电催化等领域。然而，氧化亚铜的自腐蚀性，严重影响其稳定性，降低其应用性能。因此，需要引入助催化剂，制备氧化亚铜基复合材料，提高光生电子和空穴的分离效率，增强其实际应用性能。
纸由纵横交错的纤维构成，其独特的三维网络结构使其具有较大的表面积，可以提供大量的活性位点用于功能化不同的纳米材料。纸自身独特的构造，使其广泛地用作低成本的电极基底材料。联合纸基材和复合纳米材料的优良特性，制备性能优异的铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸，对于光电化学分解水、锂离子电池、光电催化等领域具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是首先利用双侧生长法在纸纤维的表面生长一层铂纳米粒子，获得导电性能良好的铂纸基底，然后在铂纸基底表面依次沉积羟基氧化镍、氧化亚铜和金纳米粒子，制备铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸。
铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸的制备方法具体包括如下步骤：
（1）制备铂纸基底，该过程分为2步，第一步是首先利用计算机软件Adobeillustrator CS4设计纸基底蜡打印图案，然后利用型号为Color Qube 8580的蜡打印机将设计好的蜡打印图案打印在色谱纸上，最后将蜡打印过的色谱纸在150 ℃的烘箱中加热30s，获得亲水功能区和疏水蜡染区；第二步是在获得的亲水功能区利用双侧生长法生长铂纳米粒子层，首先将80-120 μL新制备的由浓度为200-250 mM的氯铂酸和浓度为20-25 mM的硼氢化钠组成的混合液滴加到亲水功能区的正面，所述的硼氢化钠溶液提前冰浴处理30min，然后在室温下静置反应10-20 min，完成铂纳米粒子生长过程，最后在亲水功能区的反面重复操作上述铂纳米粒子生长过程，获得铂纸基底；
（2）制备铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸，该过程分为3步，第一步是以步骤（1）中获得的铂纸基底作为工作电极、Ag/AgCl电极作为参比电极、Pt电 极作为对电极，利用三电极体系在铂纸基底表面电沉积羟基氧化镍，沉积电解液是浓度为0.1-0.3 M的硝酸镍溶液，电解液的pH由浓度为0.1 M的氢氧化钠调节至5-7，所述的电解液沉积之前用氩气除氧30-60 min，沉积电压为1.0-1.5 V，沉积时间为10-20 min，整个沉积过程在强度为100 mW/cm2的光照射下进行，沉积完成后，用二次水洗涤铂纸基底表面并在室温下自然干燥，获得铂-羟基氧化镍复合纳米纸；第二步是利用由铂-羟基氧化镍复合纳米纸、Ag/AgCl参比电极、Pt对电极组成的三电极体系在铂-羟基氧化镍复合纳米纸表面电沉积氧化亚铜纳米颗粒，沉积电解液是由浓度为2-4 M的乳酸和浓度为0.1-0.3 M的硫酸铜组成的混合液，沉积电解液的pH由浓度为0.1 M的氢氧化钠调节至9-11，沉积温度为30-50 ℃，沉积电压为-0.2~-0.4 V，沉积时间为15-25 min，沉积完成后，用二次水和乙醇依次洗涤铂-羟基氧化镍复合纳米纸表面，并在60 ℃条件下干燥30 min，获得铂-羟基氧化镍-氧化亚铜复合纳米纸；第三步是利用铂-羟基氧化镍-氧化亚铜复合纳米纸作为工作电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，Pt电极作为对电极，在铂-羟基氧化镍-氧化亚铜复合纳米纸表面电沉积金纳米粒子层，沉积电解液是浓度为20-30 mM的氯金酸溶液，沉积电压为-0.2~-0.3 V，沉积时间为60-120 s，沉积完成后，用二次水洗涤铂-羟基氧化镍-氧化亚铜复合纳米纸表面并在室温下自然干燥，获得铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸。
本发明的有益效果：
（1）制备的铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸具有大的表面积，可以提供大量的有效活性位点，有利于极大地提高光电催化性能。
（2）羟基氧化镍和金作为助催化剂，可以有效地加速光生电子和空穴分离，阻止氧化亚铜自腐蚀，极大地提高氧化亚铜的应用稳定性。
（3）该铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸制备方法简单，成本低廉，可以大批量生产，在光电化学分解水、锂离子电池、光电催化等领域具有较高的应用价值。
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
铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸的制备方法，具体制备方案如下：
（1）制备铂纸基底，该过程分为2步，第一步是首先利用计算机软件Adobeillustrator CS4设计纸基底蜡打印图案，然后利用型号为Color Qube 8580的蜡打印机将设计好的蜡打印图案打印在色谱纸上，最后将蜡打印过的色谱纸在150 ℃的烘箱中加热30s，获得亲水功能区和疏水蜡染区；第二步是在获得的亲水功能区利用双侧生长法生长铂纳米粒子层，首先将100 μL新制备的由浓度为250 mM的氯铂酸和浓度为25 mM的硼氢化钠组成的混合液滴加到亲水功能区的正面，所述的硼氢化钠溶液提前冰浴处理30 min，然后在室温下静置反应15 min，完成铂纳米粒子生长过程，最后在亲水功能区的反面重复操作上述铂纳米粒子生长过程，获得铂纸基底；
（2）制备铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸，该过程分为3步，第一步是以步骤（1）中获得的铂纸基底作为工作电极、Ag/AgCl电极作为参比电极、Pt电 极作为对电极，利用三电极体系在铂纸基底表面电沉积羟基氧化镍，沉积电解液是浓度为0.2 M的硝酸镍溶液，电解液的pH由浓度为0.1 M的氢氧化钠调节至6.5，所述的电解液沉积之前用氩气除氧60 min，沉积电压为1.5 V，沉积时间为15 min，整个沉积过程在强度为100 mW/cm2的光照射下进行，沉积完成后，用二次水洗涤铂纸基底表面并在室温下自然干燥，获得铂-羟基氧化镍复合纳米纸；第二步是利用由铂-羟基氧化镍复合纳米纸、Ag/AgCl参比电极、Pt对电极组成的三电极体系在铂-羟基氧化镍复合纳米纸表面电沉积氧化亚铜纳米颗粒，沉积电解液是由浓度为3 M的乳酸和浓度为0.1 M的硫酸铜组成的混合液，沉积电解液的pH由浓度为0.1 M的氢氧化钠调节至10，沉积温度为35 ℃，沉积电压为-0.3 V，沉积时间为20 min，沉积完成后，用二次水和乙醇依次洗涤铂-羟基氧化镍复合纳米纸表面，并在60 ℃条件下干燥30 min，获得铂-羟基氧化镍-氧化亚铜复合纳米纸；第三步是利用铂-羟基氧化镍-氧化亚铜复合纳米纸作为工作电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，Pt电极作为对电极，在铂-羟基氧化镍-氧化亚铜复合纳米纸表面电沉积金纳米粒子层，沉积电解液是浓度为30 mM的氯金酸溶液，沉积电压为-0.3 V，沉积时间为80 s，沉积完成后，用二次水洗涤铂-羟基氧化镍-氧化亚铜复合纳米纸表面并在室温下自然干燥，获得铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸。
实施例2
制备步骤同例1，不同之处是：步骤（1）中第二步在获得的亲水功能区利用双侧生长法生长铂纳米粒子层，所述的硼氢化钠浓度为20 mM。
实施例3
制备步骤同例1，不同之处是：步骤（1）中第二步在获得的亲水功能区利用双侧生长法生长铂纳米粒子层，所述的室温下静置反应时间为20 min。
实施例4
制备步骤同例1，不同之处是：步骤（2）中第一步在铂纸基底表面电沉积羟基氧化镍，所述的沉积电解液是浓度为0.1 M的硝酸镍溶液。
实施例5
制备步骤同例1，不同之处是：步骤（2）中第二步在铂-羟基氧化镍复合纳米纸表面电沉积氧化亚铜纳米颗粒，所用的沉积温度为50 ℃。
实施例6
制备步骤同例1，不同之处是：步骤（2）中第三步在铂-羟基氧化镍-氧化亚铜复合纳米纸表面电沉积金纳米粒子层，所用的沉积电压为-0.25 V。

Claims (1)

1.一种铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸的制备方法，其特征是包括以下步骤：
（1）制备铂纸基底，该过程分为2步，第一步是首先利用计算机软件Adobe illustratorCS4设计纸基底蜡打印图案，然后利用型号为Color Qube 8580的蜡打印机将设计好的蜡打印图案打印在色谱纸上，最后将蜡打印过的色谱纸在150 ℃的烘箱中加热30 s，获得亲水功能区和疏水蜡染区；第二步是在获得的亲水功能区利用双侧生长法生长铂纳米粒子层，首先将80-120 μL新制备的由浓度为200-250 mM的氯铂酸和浓度为20-25 mM的提前冰浴处理30 min的硼氢化钠组成的混合液滴加到亲水功能区的正面，然后在室温下静置反应10-20 min，完成铂纳米粒子生长过程，最后在亲水功能区的反面重复操作上述铂纳米粒子生长过程，获得铂纸基底；
（2）制备铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸，该过程分为3步，第一步是以步骤（1）中获得的铂纸基底作为工作电极、Ag/AgCl电极作为参比电极、Pt电 极作为对电极，利用三电极体系在铂纸基底表面电沉积羟基氧化镍，沉积电解液是浓度为0.1-0.3 M的硝酸镍溶液，电解液的pH由浓度为0.1 M的氢氧化钠调节至5-7，所述的电解液沉积之前用氩气除氧30-60 min，沉积电压为1.0-1.5 V，沉积时间为10-20 min，整个沉积过程在强度为100mW/cm2的光照射下进行，沉积完成后，用二次水洗涤铂纸基底表面并在室温下自然干燥，获得铂-羟基氧化镍复合纳米纸；第二步是利用由铂-羟基氧化镍复合纳米纸、Ag/AgCl参比电极、Pt对电极组成的三电极体系在铂-羟基氧化镍复合纳米纸表面电沉积氧化亚铜纳米颗粒，沉积电解液是由浓度为2-4 M的乳酸和浓度为0.1-0.3 M的硫酸铜组成的混合液，沉积电解液的pH由浓度为0.1 M的氢氧化钠调节至9-11，沉积温度为30-50 ℃，沉积电压为-0.2~-0.4 V，沉积时间为15-25 min，沉积完成后，用二次水和乙醇依次洗涤铂-羟基氧化镍复合纳米纸表面，并在60 ℃条件下干燥30 min，获得铂-羟基氧化镍-氧化亚铜复合纳米纸；第三步是利用铂-羟基氧化镍-氧化亚铜复合纳米纸作为工作电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，Pt电极作为对电极，在铂-羟基氧化镍-氧化亚铜复合纳米纸表面电沉积金纳米粒子层，沉积电解液是浓度为20-30 mM的氯金酸溶液，沉积电压为-0.2~-0.3 V，沉积时间为60-120 s，沉积完成后，用二次水洗涤铂-羟基氧化镍-氧化亚铜复合纳米纸表面并在室温下自然干燥，获得铂-羟基氧化镍-氧化亚铜-金复合纳米纸。
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