论文部分内容阅读
铜基材料，例如铜、氧化铜等，是重要的功能材料。由于铜和氧化铜具有低成本、储量大、多功能性、易化学改性和加工等优点，它们在许多功能器件和应用中发挥着重要作用。铜优异的导电性和丰富的变价性使其在电化学中可作为电活性材料和优良的集流体。为提高铜或氧化铜的电化学性能，可将其进行纳米化、一维化和阵列化，即在集流体上制备其一维纳米阵列结构。该策略有效地将高比表面积、有利的电荷传导和优化的传质条件结合，有望显著提升电极动力学和相应电化学应用的性能参数。本文主要研究了铜基一维纳米阵列自支撑电极的制备及其无酶电化学检测、赝电容储能和能源转化相关电催化方面的应用。主要内容有:(1)氧化铜纳米线阵列在平面或三维衬底上的制备及其电化学检测和赝电容储能性能的研究;(2)铜纳米线阵列的制备及其作为联氨氧化电催化剂和作为电沉积的镍钼氢生成催化剂的纳米负载电极的应用。 (1)通过对铜衬底进行湿法化学刻蚀或碱性阳极化，在不同导电衬底上合成了氢氧化铜纳米线阵列，并将其加热脱水转化为氧化铜纳米线阵列。以该材料组装的基于葡萄糖电流型无酶传感器检测电极，以其自支撑纳米阵列的电极构筑表现出优于修饰法制备的纳米线电极的性能。此外，该检测电极还具有合格的选择性和耐氯离子性。基于在柔性衬底上的氧化铜纳米线阵列组装的可弯折的原型检测电极在形变下和疲劳测试后也表现出可靠的检测稳定性。此外，本文制备并测试了氧化铜纳米线阵列/铜泡沫电极的赝电容储能性能，并与非纳米化的氧化铜层/铜泡沫电极进行了性能对比，获得了提高一个数量级的面积比容量。此外，该电极也在3000次的循环中表现出85-90％的容量保持率。 (2)以氢氧化铜纳米线阵列的碱性阳极化法制备方法，结合阴极化还原处理，在无外来模板的条件下获得金属铜纳米线阵列。作为电催化活性材料用于联氨氧化反应的电催化剂，铜纳米线阵列相对原始铜泡沫表现出明显提升催化活性。当铜纳米线阵列作为非催化活性的纳米结构集流体用于负载镍钼氢生成催化剂，其表现出比普通铜泡沫集流体更高的催化剂有效负载量能力。在两种电催化应用中，基于铜纳米线阵列的催化电极均在较高反应速率下超过了商用Pt/C催化剂电极的性能。该方法用于制备大面积铜纳米线阵列，可推广至复杂形状的导电衬底，且全程的电化学步骤易于监控进度和连续化生产，制备的铜纳米线阵列在自身作为电催化剂或作为自支撑催电极的纳米结构衬底方面都表现出可靠的长期稳定性。