一种采用欠电位沉积技术制备复合铜纳米线的方法技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种采用欠电位沉积技术制备复
合铜纳米线的方法。
背景技术
为了有效防止金属氧化，提高导电性和抗腐蚀性，传统方法是采用电镀。
电镀就是利用电解原理在某些金属表面镀上其他薄层金属或合金的过程。但是
要想获得超薄纳米结构的复合金属纳米线，电镀已经不再适合。对于铜纳米线
的制备，传统上多采用化学还原法，但是实验过程苛刻，也较为繁琐也不理
想，且单纯化学方法制备的铜纳米线极其容易被氧化，对实验设备要求比较
高，不易控制包覆金属的厚度，亦不利于其在透明导电材料中的应用。
金属的欠电位沉积是指一种元素在另一种元素上沉积，所需电势正于这种
元素在自身元素上沉积所需电势。研究表明，只有当功函数较小的金属向功函
数较大的金属沉积时，才有可能发生欠电位沉积。铜金属欠电位沉积，是在铜
表面沉积获得异种金属单原子层的有效方法。目前，已有相关文献报道了银、
铜、锡、铅等在金、铂等贵金属表面上的欠电位沉积，而对于银、锌或者镍在
铜表面欠电位沉积的研究甚少。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述铜纳米线易被氧化，难以在铜纳米线表面沉积
金属单原子层的问题，提供一种欠电位沉积技术制备复合铜纳米线的方法。
为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：
本发明的一种采用欠电位沉积技术制备复合铜纳米线的方法，包括：
步骤1多孔阳极氧化铝(AAO)模板的制备：先清洗除去高纯铝片表面杂
质，再采用碱液去除铝片表面的氧化层，然后采用电镀方式获得粗制AAO模板
后，将粗制AAO模板放入质量分数为1.5-10％的磷酸溶液中，扩孔至少3分钟，
最后用去离子水冲洗干净即得AAO模板；
步骤2采用电化学沉积制备铜纳米线：配置浓度为0.05mol/L～0.1mol/L的
硫酸铜溶液，再加入1-5克硼酸，得到混合电解液；以AAO为工作电极，碳棒
为对电极进行电镀沉积铜纳米线，沉积结束后，用去离子水洗净AAO模板；
步骤3在铜纳米线表面欠电位沉积金属单原子层：将沉积有铜纳米线的
AAO模板为工作电极，铂丝为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，金属化合物
溶解于H2SO4中的溶液为电解质溶液，进行欠电位沉积后，取出沉积有铜纳米
线的AAO模板，放入碱液中，除去模板，离心洗涤至少2次，得到表面沉积有
金属单原子层的铜纳米线。
进一步的，步骤1所述的高纯铝片表面杂质采用乙醇溶液超声20分钟去除，
再用去离子水清洗。
进一步的，步骤1和步骤3所述的碱液为1mol/L的氢氧化钠溶液。
进一步的，步骤1所述的获得粗制AAO模板的电镀工艺为：以铝片作阳
极，碳棒作阴极，浓度为0.1mol/L～1.0mol/L的草酸溶液为电解液，在20～60V
恒压的条件下持续搅拌得到。
进一步的，步骤2所述电镀沉积铜纳米线为：交流电压恒定10V，沉积时
间为10～100分钟制备铜纳米线。
进一步的，步骤3所述金属化合物溶解于H2SO4中的溶液，为0.1mmol/L
～0.01mol/L的金属化合物溶于0.1mol/L的H2SO4溶液中。
进一步的，步骤3所述所述金属化合物为AgNO3(或者Zn(NO3)2、Ni
(NO3)2)。
进一步的，步骤3所述铜纳米线表面欠电位沉积过程为：室温下，在0～1.0V
电位下，以10mV/s的扫速进行循环电位扫描，欠电位沉积20s～60s。
进一步的，步骤1所述磷酸溶液质量分数为5％，扩孔时间为10分钟；步
骤2所述的硼酸用量为3克；步骤3所述离心洗涤为三次。
本发明的有益效果为：
本发明通过欠电位在铜表面沉积金属单原子层，制备复合金属纳米线，防
止铜纳米线的氧化，同时降低透明导电材料应用成本。本发明方法可成功获得
金属单原子层包覆铜纳米线的复合金属材料，本发明实验过程简便，能够制备
超薄复合金属纳米线，且分散性好、粒径均一。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，
对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实
施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施
例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施
例，都属于本发明保护的范围。
本发明的采用欠电位沉积技术制备复合铜纳米线的方法，包括：多孔阳极
氧化铝(AAO)模板的制备；采用电化学沉积制备铜纳米线；在铜纳米线表面
利用欠电位沉积金属单原子层。
所述多孔阳极氧化铝模板的制备，包括将高纯铝片用乙醇溶液超声20分钟
除去表面杂质，再用去离子水清洗；将清洗好的铝片依次用1mol/L的氢氧化钠
溶液和去离子水清洗，以除去铝片表面的氧化层；用处理好的铝片作阳极，碳
棒作阴极，浓度为0.1mol/L～1.0mol/L的草酸溶液为电解液，在20～60V恒压的
条件下持续搅拌，得到粗制AAO模板；将粗制AAO模板放入质量分数为
1.5-10％的磷酸溶液中，扩孔至少3分钟，最后用去离子水冲洗干净，得到AAO
模板。优选的，所述磷酸溶液质量分数为5％，扩孔时间为10分钟。
所述电化学沉积制备铜纳米线，包括配置浓度为0.05mol/L～0.1mol/L的硫
酸铜溶液，再加入1-5克硼酸，得到混合电解液；以AAO为工作电极，碳棒为
对电极，交流电压恒定为10V，沉积时间为10～100分钟制备铜纳米线；沉积结
束后，用去离子水洗净AAO模板。优选的，所述的硼酸用量为3克。
所述铜纳米线表面利用欠电位沉积金属单原子层，包括以沉积有铜纳米线
的AAO模板为工作电极，铂丝为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，电解质
溶液为0.1mmol/L～0.01mol/L的金属化合物和0.1mol/L的H2SO4溶液，室温
下，在0～1.0V电位下，以10mV/s的扫速进行循环电位扫描，欠电位沉积
20s～60s。最后将AAO模板取出，放入1mol/L的NaOH溶液中，除去模板，离
心洗涤至少2次，得到表面沉积有金属单原子层的铜纳米线。优选的，所述离
心洗涤为三次。
本发明所述电解质溶液中金属化合物为AgNO3(或者Zn(NO3)2、Ni(NO3)
2)；所述欠电位沉积获得的金属单原子层为银、锌或镍层。
实施例1
铜纳米线表面银单原子层欠电位沉积：将沉积有铜纳米线的AAO模板放
置于0.01mmol/L～0.1mol/L的AgNO3和0.1mol/L的H2SO4溶液中欠电位沉积
20s～60s，完成银单原子层的沉积。
实施例2
铜纳米线表面锌单原子层欠电位沉积：将沉积有铜纳米线的AAO模板放
置于0.01mmol/L～0.1mol/L的Zn(NO3)2和0.1mol/L的H2SO4溶液中欠电位
沉积20s～60s，完成锌单原子层的沉积。
实施例3
铜纳米线表面镍单原子层欠电位沉积：将沉积有铜纳米线的AAO模板放
置于0.01mmol/L～0.1mol/L的Ni(NO3)2和0.1mol/L的H2SO4溶液中欠电位
沉积20s～60s，完成镍单原子层的沉积。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详
细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本
领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变
形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以
所附权利要求为准。