本發明涉及一種垂直銅納米線及其制備方法和應用，屬于銅納米線材料及其制備。
背景技術：
1、一維納米材料因其獨特的物理和化學性質在眾多領域展現出廣闊的應用前景。其中，銅納米線因其優異的電學、光學和催化性能，在能源存儲、光電催化、傳感器等領域受到廣泛關注。
2、模板法電沉積是制備一維納米材料的常用技術之一，其通過利用具有規則孔結構的模板來限制納米材料的生長方向和尺寸，從而實現高度有序的納米陣列制備。多孔陽極氧化鋁(aao)模板因其高度有序的納米孔結構、可調控的孔徑和孔間距，成為制備納米線和納米棒陣列的理想模板材料。在現有技術中，銅納米線陣列的制備方法雖已取得一定進展，但大多數方法制備出的銅納米線表面光滑，缺乏足夠的活性位點，限制了其在電催化等應用中的性能。且傳統模板法電沉積制備銅納米棒時，納米棒發生團聚，導致其分散性差、活性面積小，且難以實現納米棒的垂直生長和均勻分布。此外，銅納米線的晶體結構對其性能也有重要影響，晶體粒子以孿晶存在的的銅納米線可以展現出更優異的電學和催化性能。
3、為了優化模板法電沉積制備銅納米棒的性能，研究者們往往通過嘗試調控電沉積參數來改善納米棒的表面形貌特性和比表面積。例如，通過優化模板的預處理工藝，提高了模板孔的均勻性和導電性，從而實現了銅納米棒的均勻生長，但該方法對模板的制備工藝要求較高，且難以完全解決納米棒的團聚問題。調控電沉積參數和優化模板預處理工藝雖能一定程度改善納米線分散性和比表面積，但現有制備方法仍未徹底解決團聚問題。特別是在干燥環節，本領域腐蝕模板并清洗后常用鼓風加熱干燥或自然干燥方式，卻忽略了水份蒸發時帶來的表面張力，這種表面張力會導致銅納米線發生團聚，使得即使通過調控沉積參數進行優化，也無法有效改善銅納米線的團聚現象。進而，銅納米線的表面結構和電化學性能也會受到影響。因此，如何在腐蝕多孔氧化鋁模板后仍然保持銅納米棒的垂直生長和均勻分散，同時調整其晶體結構、增加活性表面積，減小離子傳輸電阻，是當前研究的關鍵問題。
技術實現思路
1、本發明為了解決現有方法制備的銅納米陣列易團聚的問題，提供一種垂直銅納米線及其制備方法和應用。
2、本發明的技術方案：
3、本發明的目的之一是提供一種垂直銅納米線的制備方法，該方法包括以下步驟：
4、(1)采用雙電極電沉積系統在基底的模板上沉積銅納米線，沉積完成后將模板去除，得到銅納米棒陣列；
5、(2)將(1)得到的銅納米棒陣列立即置于冷凍干燥機進行冷凍干燥處理，得到高度分散且垂直于基底的銅納米線。
6、進一步限定，(1)中基底為銅板，模板為多孔陽極氧化鋁。
7、更進一步限定，多孔陽極氧化鋁孔中心間距為450nm、孔徑為140nm。
8、進一步限定，(1)的雙電極電沉積系統中帶有模板的基底為陰極，黃銅板作為陽極，電沉積液由cuso4、h2so4和h3bo3組成。
9、更進一步限定，電沉積液中cuso4濃度為0.4mol/l，h2so4濃度為0.1mol/l，h3bo3濃度為10g/l。
10、進一步限定，(1)中沉積溫度為40℃，電壓為0.4～0.5v，時間為15min。
11、進一步限定，(1)中模板去除過程為：使用濃度為5％的naoh溶液，在40℃下浸泡20min。
12、進一步限定，(2)中冷凍干燥處理條件為：在10-3pa、-70℃條件下冷凍干燥24h。
13、本發明的目的之二是提供一種上述方法制備得到垂直銅納米線陣列，具體的該銅納米棒陣列高度分散且垂直于基底。
14、本發明的目的之三是提供一種上述垂直銅納米線陣列的應用，具體的用于能源存儲、光電催化以及傳感器制備。
15、有益效果：
16、本發明通過精確控制電沉積條件和模板設計，結合關鍵的冷凍干燥后處理工藝，實現了銅納米線的垂直生長、高度分散、鋸齒狀表面形貌和孿晶晶體結構的形成，顯著提高了銅納米線的活性面積和形貌有序性。本發明利用冷凍干燥技術可有效避免水分蒸發過程中表面張力的產生，防止納米線因毛細作用力發生彎曲或團聚，從而完整保留其垂直排列特性與高分散性。且鋸齒狀表面顯著增加了銅納米線的比表面積，暴露更多(110)和(111)高活性晶面，為硝酸根吸附與還原提供了豐富的活性位點，從而顯著提高了其在電催化等應用中的性能。同時，內部孿晶結構通過引入晶格缺陷(如孿晶界)，優化了電子傳輸路徑，降低電荷轉移電阻，并增強了對關鍵中間體的吸附穩定性。此外，本發明提供的制備方法具有操作簡單、成本低、可重復性好和適合大規模生產的優點，可以廣泛應用于能源存儲、光電催化、傳感器等領域，具有重要的科學意義和應用價值。
1.一種垂直銅納米線的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，(1)中基底為銅板，模板為多孔陽極氧化鋁。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，多孔陽極氧化鋁孔中心間距為450nm、孔徑為140nm。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，(1)的雙電極電沉積系統中帶有模板的基底為陰極，黃銅板作為陽極，電沉積液由cuso4、h2so4和h3bo3組成。
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，電沉積液中cuso4濃度為0.4mol/l，h2so4濃度為0.1mol/l，h3bo3濃度為10g/l。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，(1)中沉積溫度為40℃，電壓為0.4～0.5v，時間為15min。
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，(1)中模板去除過程為：使用濃度為5％的naoh溶液，在40℃下浸泡20min。
8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，(2)中冷凍干燥處理條件為：在10-3pa、-70℃條件下冷凍干燥24h。
9.一種權利要求1～8任一項所述的方法制備得到的垂直銅納米線陣列，其特征在于，銅納米棒陣列高度分散且垂直于基底。
10.一種權利要求9所述的垂直銅納米線陣列的應用，其特征在于，用于能源存儲、光電催化以及傳感器制備。