铜纳米颗粒修饰多孔氮化硼高效还原对硝基苯酚的研究

为了寻找高催化活性、环境友好、价格低廉、稳定性好的催化剂,研究金属与载体之间的协同催化效应,采用煅烧前驱体法制备了表面富含羟基和氨基的高比表面积多孔h-BN载体,通过简单的液相还原法成功地制备出粒径分布均匀的Cu/h-BN纳米复合材料,并对复合材料的组成、微观结构和性能进行表征。结果显示,铜纳米粒子的引入并未破坏多孔h-BN的二维片状结构,但比表面积及孔径均有不同程度的下降。以对硝基苯酚(4-NP)还原为对氨基苯酚(4-AP)为模型反应,考察Cu/h-BN复合材料的催化性能,当Cu含量为6%(质量分数)时,复合纳米材料具有最高的催化性能(表观反应速率常数k=4.62×10^(-2) s^(-1))和稳定性,催化活性在5个循环内基本保持不变。因此,具有高比表面积的h-BN载体负载可稳定Cu纳米颗粒,它们之间的协同催化作用使Cu/h-BN具有优异的催化活性和稳定性。此研究为今后进一步研究金属与h-BN协同催化提供了理论基础。

去合金化制备纳米多孔铜

以Mn-Cu合金为前驱体合金,在0.1 mol/L HCl溶液中自由腐蚀去合金化成功制备出纳米多孔铜,采用扫描电镜和X射线能谱仪对去合金腐蚀前后样品的形貌和成分进行了分析,结果表明,Mn-Cu合金在0.1 mol/L HCl溶液中发生锰的选择性溶解,制备出的纳米多孔铜呈3维网络状均匀结构,平均系带尺寸53 nm,平均孔径尺寸为140 nm。

溶胶-凝胶法制备多孔纳米金属铜膜

为了制备多孔纳米金属膜材料,以醋酸铜为前躯体、聚乙二醇为模板剂、二乙醇胺为络合剂,通过溶胶-凝胶法在玻璃基片上制备了多孔纳米金属铜膜.利用XRD、IR、TG-DTG和SEM对所制备的纳米金属铜膜材料进行了分析及表征,并研究了溶胶浓度、PEG添加量、退火温度对多孔铜膜结构的影响.结果表明,当溶胶浓度为0.6 mol/L时,铜离子与PEG1000的毫克分子比值是42.86∶1,退火温度为500℃时,可以得到较好的多孔结构纳米Cu薄膜.不同的PEG加入量、溶胶浓度以及热处理温度都会对薄膜的形貌有较大的影响.

以三维纳米多孔铜膜为集流体锡电极的制备及储锂性能

通过一种新颖的脱合金方法制备厚度为5μm、平均孔径为200~300 nm的三维纳米多孔铜膜，制备过程涉及铜基体上镀锌层的热处理与酸浸过程。以三维纳米多孔铜膜为基体，采用阴极电沉积法制备纳米多孔结构的锡膜电极。应用扫描电子显微镜（SEM）、X 线衍射分析（XRD）和恒流充放电方法对所制备的膜电极的结构与电化学性能进行表征。所制备的多孔锡电极在0.1 C率下的首次充放电中的可逆储锂容量为864 mA·h/g，该容量已接近锡的理论容量（993 mA·h/g）；在50次充放电循环后，可逆容量仍有541 mA·h/g。纳米多孔结构、纳米尺度的锡颗粒及高电子导电性的三维纳米多孔铜膜基体等因素是多孔锡电极显示较好储锂性能的主要原因。

去合金化工艺对纳米多孔铜纯度的影响

采用腐蚀去合金化方法制备纳米多孔铜材料。研究了固溶时间、腐蚀时间及腐蚀温度对纳米多孔铜表面形貌及残余Mn含量的影响。研究表明:由于固溶时间的延长,合金成分越来越均匀化,去合金化后所得纳米多孔铜的残余Mn原子分数降低。固溶95h的前驱体合金,随着腐蚀时间的延长,其残余Mn含量降低不明显;随着温度的升高,其残余Mn原子分数由25℃的3.54%降至60℃的1.14%,但是60℃腐蚀后的孔隙与丝径尺寸明显粗化,样品易碎。通过调整去合金化参数,实验所制备的纳米多孔铜呈现均匀的海绵状纳米多孔结构,残余Mn原子分数1.23%,平均丝径尺寸40nm。

腐蚀因素对去合金化法制备纳米多孔铜材料结构的影响

采用电弧熔炼与去合金化相结合的方法制备纳米多孔铜.用XRD、SEM分析样品的相组成和微观形貌.研究去合金化中的腐蚀液种类、腐蚀时间以及腐蚀温度等腐蚀环境对纳米多孔铜结构的影响.结果表明:在盐酸溶液中自由腐蚀去合金化可得到孔结构均匀的纳米多孔铜;随着腐蚀时间的延长,孔结构有显著变化,腐蚀3h后得到纳米多孔铜孔结构呈蜂窝状,腐蚀10h后得到双连续结构的纳米多孔铜,随着腐蚀时间的延长,孔径增大且孔壁逐渐粗化;随着温度升高纳米多孔铜双连续结构的孔径逐渐增大,45℃时则形成纳米颗粒聚集的孔结构.通过调整去合金化工艺,厚度约1mm的Mn-Cu薄片在0.3mol/L HCl溶液中,于35℃腐蚀10h得到的纳米多孔铜呈均匀的三维网络状结构,平均孔径尺寸约150nm.

Mg-Cu合金成分对去合金化制备纳米多孔铜结构的影响

采用感应熔炼与快速凝固法制备Cu含量（原子分数,下同）为33%~67%的Mg-Cu合金薄带,然后通过自腐蚀去合金化法得到纳米多孔铜材料,用X射线衍射仪（XRD）与扫描电镜（SEM）分析多孔铜的相组成和微观形貌,研究Mg-Cu合金成分与腐蚀时间对多孔铜微观结构及形貌的影响。结果表明：Mg-Cu合金中Cu含量为67%时无法形成双连续结构的多孔铜;Cu含量为33%~60%时,形成具有双连续结构的纳米多孔铜,其中Cu含量为50%时,形成均匀、细小的双连续结构纳米多孔铜,平均孔径为60~80 nm,平均系带尺寸为50~80 nm。Mg2Cu相是形成双连续结构的必要条件,而更均匀的双连续结构是由Mg2Cu相和MgCu2相协同去合金化形成的。在含有Mg2Cu相和MgCu2相的Mg-Cu合金腐蚀过程中,Mg2Cu相优先腐蚀,形成腐蚀通道,随后为Mg2Cu相和MgCu2协同腐蚀,最后是残余的MgCu2相腐蚀完全,形成双连续结构纳米多孔铜。

铜纳米晶-有序多孔氧化铝复合膜光学性能的研究

采用常压直流电沉积技术在有序多孔氧化铝(OPAA)模板内沉积Cu纳米晶,制备出光学透明的铜纳米晶/OPAA复合膜.利用FESEM、TEM、紫外可见分光光度计、Z-scan技术、泵浦探测技术对该复合材料的形貌、结构、线性光吸收、三阶非线性极化率和光响应时间进行了分析.结果表明,Cu纳米颗粒具有面心立方结构,直径在40～50 nm之间,分布在OPAA模板的分叉孔道区.填充于有序多孔氧化铝模板中的Cu纳米晶在584 nm处出现等离子体共振吸收峰.当探测光波长远离铜纳米晶的等离子体共振吸收峰时,Cu纳米晶/多孔氧化铝复合膜出现光致吸收特性,而当探测光波长接近铜纳米晶的等离子体共振吸收峰时,出现光致漂白现象.该复合膜非共振三阶非线性极化率为0.73×10-9esu,光响应时间为1.3ps.

纳米铜/多孔碳电极界面效应诱导CO_(2)电化学还原为乙醇

为了高效、稳定地电化学还原二氧化碳(CO_(2))为多碳产物,制备了由纳米铜(Cu)原子包覆多孔石墨纤维组成的亚单层Cu金属催化剂。催化结果表明,亚单层Cu原子修饰的多孔石墨纤维在-0.8 V的小过电位下,表现出良好的电极稳定性及多碳还原效果,相对于厚层Cu电极提高了乙醇的转化效率,且在0.36~5 h间催化电流保持率稳定在95%以上。表面分析测试结果显示-0.8 V小过电位下沉积制备的亚单层Cu原子诱导C/Cu原子界面发生电荷转移,Raman散射显示催化电极的缺陷带(D带)相对于未处理石墨毡的D带出现18 cm^(-1)的负移,C/Cu界面的改善提高了Cu催化中心的活性。

铜/铁钝化多孔硅纳米复合薄膜的制备与形貌研究

由水热腐蚀技术制得的铁钝化多孔硅作为基底,采用浸渍镀膜技术成功制备了铁钝化多孔硅/铜纳米复合薄膜.利用扫描电镜(SEM)、XRD等分析手段对比研究了铁钝化多孔硅在沉积前与沉积后的结构变化特点以及沉积时间对所沉积的铜薄膜的结构的影响.结果表明,在浸渍一定时间后,铜/铁钝化多孔硅纳米复合薄膜继承了新鲜制备的铁钝化多孔硅的结构特点;同时,在溶液浓度保持不变的情况下,随着反应时间的的延长,铜的沉积量逐渐增加,铜纳米颗粒的平均晶粒尺寸逐渐长大.

多孔硅还原铜纳米复合薄膜的微结构研究

利用扫描电镜(SEM)、XRD等分析手段对比研究了铁钝化多孔硅在沉积前与沉积后的结构变化特点以及沉积时间对所沉积的铜薄膜结构的影响.在浸渍一定时间后,铜/铁钝化多孔硅纳米复合薄膜继承了新鲜制备的铁钝化多孔硅的结构特点,同时,随着反应时间的延长,铜的沉积量逐渐增加,铜纳米颗粒的平均晶粒尺寸逐渐长大.

去合金化制备纳米多孔铜及铜合金的最新研究进展

纳米多孔铜及铜合金能够通过去合金化法进行高效可控的制备,由于其展现出优异的物理和化学性能,并且价格低廉,有望取代纳米多孔贵金属(如多孔金等),在催化、生物传感器、能源等领域展现巨大的应用潜力。系统地总结了近5年来纳米多孔铜及铜合金在去合金化孔洞形成机理、制备工艺探索、性能表征及应用方面的一些最新研究进展。在此基础上提出纳米多孔铜及铜合金3个最有可能的研究方向。

去合金化Mn-Cu合金制备纳米多孔铜及其形貌演化研究

在不同腐蚀介质中研究了化学及电化学去合金化Mn-Cu合金制备纳米多孔铜(NPC)条件及其形貌演化规律。结果表明,腐蚀介质对纳米多孔铜形成有显著影响,酸性强弱会直接改变孔径大小,在酸性更弱的有机酸中由于配合物的形成,在表面获得规则球状结构。Mn-Cu合金去合金化演化行为研究显示区域腐蚀、均一多孔演化以及多孔结构粗化构成整个去合金化过程。此外,进一步研究发现电化学电位同样对纳米多孔形貌影响显著,-0.2 V及0V可选择性腐蚀掉Mn原子,形成均一多孔结构,而0.2 V下Mn、Cu原子的共同溶解导致非多孔形貌的产生。

新型纳米多孔铜/二氧化锰复合电极材料的制备及其比电容特性

利用快速凝固技术和脱合金相结合的方法制备纳米多孔铜,通过化学沉积法使二氧化锰沉积在纳米多孔铜上,成功制备了新型纳米多孔铜和二氧化锰的复合电极材料.用XRD和SEM分析了复合电极材料的相组成及微观形貌.通过循环伏安法和恒电流充放电测试研究了复合电极材料的电化学性能.结果表明:纳米多孔铜和二氧化锰复合材料因具有纯纳米多孔铜的三维连续孔洞结构及优异的导电性能而改善了纯二氧化锰易团聚、颗粒大、比电容值低的缺点,增大了电极活性物质的比表面积、提高了复合材料的导电性.其比电容性能提高到231 F/g,是纯二氧化锰电极的1.67倍.

纳米多孔铜带的制备及表征

以Cu15Al85合金薄带为前驱体,采用去合金化法,制备孔结构单一、均匀且三维贯通的纳米多孔铜(NPC),研究不同去合金腐蚀液和退火处理条件对样品微观形貌的影响。经场发射扫描电镜(FE-SEM)、X-射线衍射(XRD)和能谱仪(EDS)对NPC检测,结果表明:与在w(HCl)=5%的酸性腐蚀液中自由腐蚀去合金化得到的NPC相比,经w(NaOH)=5%的碱性腐蚀形成的NPC的多孔结构更加完整,孔径由150 nm减小到100 nm,孔壁由40 nm减小到10 nm;对前躯体合金薄带进行退火处理后,去合金化形成的NPC多孔形貌更加完整均一,孔径尺寸由150 nm减小到100 nm。

Mn-Cu合金成分对去合金化法制备纳米多孔铜的影响

采用电弧熔炼制备出前驱体Mn-Cu合金,在稀盐酸溶液中自由腐蚀去合金化,制备出具有双连续结构的纳米多孔铜。研究了前驱体合金的成分对纳米多孔铜微观结构及Mn的选择性腐蚀程度的影响。结果表明:前驱体Mn-Cu合金的Cu原子分数为43%时,其去合金化受到抑制,存在明显的未完全去合金化的岛状结构;前驱体Mn-Cu合金的Cu原子分数为32%～23%时,可完全去合金化,形成平均孔径尺寸为20～100nm,平均系带尺寸为30～80 nm,具有双连续结构的纳米多孔铜;前驱体Mn-Cu合金的Cu原子分数低至20%时,去合金化后存在大量裂纹,形成纳米颗粒聚集体。纳米多孔铜中存在少量的残余Mn,残余Mn的原子分数随着前驱体合金Mn原子分数的增高而降低。实验表明腐蚀液浓度对纳米多孔铜形貌也存在影响。

整片三维纳米多孔铜为集流体的氧化亚铜膜电极的制备及储锂性能研究

对Mn-35Cu合金采用化学腐蚀法可制备出一种结构均匀且平均孔径为100 nm的整片三维纳米多孔铜。随后,经300℃、0.5 h热处理,在三维纳米多孔铜孔壁表面进一步形成一层氧化亚铜薄膜,从而制备出三维纳米多孔铜为集流体的氧化亚铜膜电极。分别对该电极进行SEM、XRD及恒流充放电测试。结果表明,这种多孔氧化亚铜膜电极在0.1 m A/cm^2的电流密度下,首次放电比容量达1.29 m Ah/cm^2,最高可逆比容量达0.89 m Ah/cm^2。60周循环后,该电极可逆比容量仍有0.56 m Ah/cm^2,容量保持率为62.9%,表明在下一代高性能锂离子电池中具有潜在的应用前景。高比表面积的氧化亚铜薄膜和独特的纳米多孔结构是该电极具有优异储锂性能的主要原因。

纳米多孔铜的结构调控与表征

纳米多孔铜(NPC)作为一种新型功能纳米材料,具有高比表面积、高通透性、高导电导热性和低密度等特点,有望在催化、分离和能源等领域得到应用。然而,目前还缺少对NPC结构调控的有效方法,多数方法制备出的NPC为韧带尺寸>100 nm的大孔材料,不利于它们在催化、分离等方面的应用。本文为进一步降低NPC的韧带尺寸,通过调控Al-Cu合金前驱体的相结构、并对其实施去合金化,最终可控地制备出最小特征尺寸为20 nm的二级孔和准二维片状两种NPC。其中,准二维片状NPC的去合金化制备是首次实现,为开发性能优异的准二维纳米多孔金属材料提供了技术思路。

生物凝胶电镀法制备铜纳米多孔膜

采用生物凝胶电镀法制备铜纳米多孔膜。电镀电压为5 V,阳极为铜片,实验探究了电镀液成分、电镀时间、阴极衬底及沉积电压对电镀层表面形貌的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对样品形貌和晶型进行表征,得出制备铜膜的最佳条件。结果表明,电镀的铜膜颗粒尺寸在100 nm左右,晶粒平均尺寸为25 nm,存在较强的(111)织构,而且XRD结果表明,附着的壳聚糖凝胶对铜膜有保护作用,防止其被氧化。同时采用电化学工作站对其过程中的电镀电流进行实时测量,电流变化曲线表明电镀进行到一定时间后,电流趋于一个很小的稳定值,壳聚糖凝胶阻止了镀液中铜离子的进一步沉积。

适用于微加工工艺的纳米多孔铜制备方法

主要研究了一种适用于微加工工艺的纳米多孔铜（NPC）制备方法。采用酸性柠檬酸铜锌电镀体系制备出Cu68Zn32前驱合金，通过改变前驱合金在盐酸中去合金的时间可以对NPC的微观形貌及孔径分布进行有效控制。研究结果表明，在0．05mol／L的盐酸中腐蚀6h后制备的NPC孔径为80～120nm，而系带尺寸为20～40nm，利用BET法测得其比表面积为8．12m2／g。另外，应用微加工工艺制备出边长为50μm方形微阵列，验证了该NPC制备工艺与微加工工艺有较好的兼容性，为NPC的图形化与集成制造提供一种有效的工艺方案。