[发明专利]激光微织构泡沫铜的氧化铜纳米线及其制备方法与应用

说明书

激光微织构泡沫铜的氧化铜纳米线及其制备方法与应用，涉及氧化铜纳米线。将泡沫铜经盐酸、无水乙醇与去离子水清洗干净后，使用压缩氮气吹干，得到洁净的泡沫铜；利用纳秒激光织构技术，调整激光器相关加工参数，在泡沫铜表面以“田字格”扫描图案进行激光织构，形成表面周期性微结构；将激光织构后的泡沫铜放置于加热板上，恒温加热一段时间后，退火至室温，得到具有微纳米复合结构的氧化铜纳米线。制备的氧化铜纳米线具有多级多孔结构，分布均匀且生长致密，比表面积大，纳米线基本保持直立生长而不交错，纳米线长度约为4～10μm；氧化铜纳米线与铜基底的附着力显著增强，纳米线无开裂，不易脱落。可在光催化降解有机染料中应用。

技术领域

本发明涉及氧化铜纳米线，尤其是涉及一种激光微织构泡沫铜的氧化铜纳米线及其制备方法与应用。

背景技术

工业废水主要来源于印染纺织、包装加工及皮革制造等加工过程，其排放的有机染料废水如未经处理达标流入江河湖泊将造成污染。部分废水甚至含有苯环、胺基、偶氮基团等致癌物质，可能对环境及生态产生不可逆转的伤害。常用的废水处理方法有物理吸附法、电化学法、膜生物处理技术法等。光敏半导体在太阳光的照射下激发出的高活性自由基，可有效降解有机染料且无二次污染，这种方法逐渐成为处理有机染料废水的主要趋势。

氧化铜是一种典型的p型半导体材料，禁带宽度为1.2～2eV，具有光响应范围较大、无毒性、成本低等显著优点。氧化铜纳米线结构，其比表面积更大，反应活性更高，能有效提高光催化性能。此外，泡沫铜作为一种新型功能材料，其多级多孔结构具有更大比表面积且有利于流体通过，在光催化领域有极大应用潜力。

目前，氧化铜纳米线的常规制备方法包括溶胶-凝胶法、水热法、共沉积法和模板法等。然而，大部分由化学法制备的光催化纳米材料由于其形态特点，存在着难以回收、重复利用率低、易造成二次污染等问题。热氧化法通过控制氧化时间和氧化温度可以使纳米线直接生长在铜基底上，是一种步骤简单、成本较低且可大批量制备氧化铜纳米线的方法。但是该方法仍存在纳米线易脱落或基底出现裂纹等问题，限制了光催化应用中降解效率及循环利用率的提升。

中国专利CN201710021434.3公开一种泡沫铜负载多孔氧化铜纳米线复合材料及其制备方法和应用，该复合材料包括泡沫铜基体，以及负载在表面的氧化铜纳米线；其中氧化铜纳米线长8～12μm，宽150～250nm，纳米线无开裂，不易脱落，微观上纳米线具有多孔结构，孔直径为2～4nm，宏观上纳米线呈放射状分布，每60～150根纳米线组成一个氧化铜微米花；氧化铜在基体上的负载厚度为8～12μm；所述基体为泡沫铜，厚0.9～1.0mm，韧带宽70～100μm，孔径150～250μm，纯度99.95wt.％，孔隙率78～82％。制备方法：第一步，阳极氧化法合成氢氧化铜纳米线；第二步，煅烧制多孔氧化铜纳米线。复合材料具有多级多孔结构，整个三维结构的孔隙丰富，适合光线透过，也适合离子传输。

发明内容

本发明的目的在于针对当前技术存在的不足，提出可有效增大比表面积并增强纳米线的附着力，提高光催化剂的催化降解效率和重复利用率，克服目前传统颗粒状光催化剂难以回收，易二次污染等问题的一种激光微织构泡沫铜的氧化铜纳米线的制备方法。

本发明的另一目的在于提供激光微织构泡沫铜的氧化铜纳米线在光催化降解有机染料中的应用。

所述激光微织构泡沫铜的氧化铜纳米线的制备方法，包括以下步骤：

1)将泡沫铜经盐酸、无水乙醇与去离子水清洗干净后，使用压缩氮气吹干，得到洁净的泡沫铜；

2)利用纳秒激光织构技术，调整激光器相关加工参数，在泡沫铜表面以“田字格”扫描图案进行激光织构，形成表面周期性微结构；

3)将激光织构后的泡沫铜放置于加热板上，恒温加热一段时间后，退火至室温，得到具有微纳米复合结构的氧化铜纳米线。

在步骤1)中，所述泡沫铜的孔径可为110ppi，纯度99％。