[发明专利]负载四氧化三钴的氧化铜纳米棒的合成方法

说明书

本发明公开负载四氧化三钴的氧化铜纳米棒的合成方法，利用热生长法制备得到氧化铜纳米棒，并用水热化学法在氧化铜纳米棒上进行四氧化三钴的负载，氧化铜纳米棒的直径为150‑250nm，四氧化三钴为10‑15nm且均匀的包覆在氧化铜纳米棒的表面上。本发明实施费用低、操作简便，污染低，是一种高效经济的合成方法，同时本发明的材料结构稳定且具有阴极电催化性能。

本发明申请是母案申请“一种负载四氧化三钴的氧化铜纳米棒及其合成方法”的分案申请，母案申请的申请号为2015101633241，申请日为2015年4月8日。

技术领域

本发明涉及一种新型纳米材料及其合成方法，尤其涉及一种负载四氧化三钴的氧化铜纳米棒及其合成方法。

背景技术

太阳能转化为化学燃料对当今日益严重的能源问题是一个清洁可持续的解决办法。基于半导体材料的太阳能驱动水分解是人工的光合作用过程，将太阳能储存在产物H₂和O₂的化学键中。光电化学(PEC)电池广泛用于太阳能电解水装置。因为H₂是一种清洁能源，燃烧时只产生水，所以阴极的析氢反应(HER)备受关注。光电化学析氢反应于P型半导体和电解质的界面，为开发高能的光电阴极，能带隙小的材料是首选，此外还要无毒、低成本、耐磨损。

氧化铜是P型半导体，由于合成方法及条件的不同，直接带隙范围是从1.3eV到1.8eV。小的带隙能使CuO可以吸收绝大多数的太阳能光谱，直接带隙使CuO比起间接带隙的材料有更大的吸收系数。然而单一相结构CuO在仍然具有一定的局限性，如：(1)CuO表面的析氢反应过电位较高，这是半导体氧化物的常见问题。(2)CuO在阴极电位下不稳定，CuO光电阴极的析氢反应光电流随时间快速衰变。

Co₃O₄结晶为立方晶系，具有正常的AB₂O₄尖晶石结构，是一种重要的半导体功能材料,高比容量,而且密度也较大,还能承受较大功率的充放电，它具有稳定的化学性质和特定的磁学性能,因此在超级电容器、催化剂、气敏传感器、锂离子电池等许多领域都有广泛的应用，主要的缺点是工作电位较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种负载四氧化三钴的氧化铜纳米棒及其合成方法，获得一种比表面积大且具有电催化性能的纳米棒结构，此方法具有成本低、制备过程简单的特点。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种负载四氧化三钴的氧化铜纳米棒，氧化铜纳米棒的直径为150-250nm，四氧化三钴为10-15nm且均匀的包覆在氧化铜纳米棒的表面上，并按照下述步骤进行：

步骤1，CuO纳米棒的制备：将纯铜网表面用盐酸或乙醇浸泡超声后用去离子水清洗干净，干燥备用；将纯铜网置于陶瓷方舟中放入箱式电炉中加热，加热温度为500-600℃，加热时间为5-8h，随炉冷却后制得生长在铜网上的CuO纳米棒。

步骤2，将步骤1中制得的生长有CuO纳米棒的铜网置于Co(NO₃)₂、NH₄F、酒石酸钾钠(C₄H₄KNAaO₆-4H₂O)和尿素(CO(NH₂)₂)的水与乙二醇混合溶液中，在反应釜中进行水热反应。