电镀与电泳平衡构建高耐磨光催化铜-二氧化钛复合涂层的机制与应用研究

本文报道了一种通过电镀（electroplating）和电泳（electrophoresis）协同作用在低电压条件下制备铜-二氧化钛（Cu-TiO2）复合涂层的新方法。研究揭示了TiO2纳米颗粒与Cu2+在沉积过程中的竞争机制，优化出最佳工艺参数（2.6 V，pH 4，10 min，1 g L?1 TiO2），所得涂层兼具高硬度（224.1 HV）和优异光催化性能（24小时内降解有机染料效率>95%）。该成果为太阳能设备和医疗器械表面处理提供了新思路。

　　

1 引言

随着高性能功能材料需求的增长，复合涂层技术成为研究热点。铜（Cu）涂层虽具优异导电性，但存在硬度低、功能单一等缺陷。二氧化钛（TiO₂）纳米颗粒的引入可同时提升涂层硬度和光催化活性。传统制备方法存在高能耗、分层结构等问题，而电化学法因其工艺成熟、成本低等优势成为优选方案。

2 结果与讨论

2.1 电镀工艺优化

实验采用直流电源（2.6 V）在CuSO₄-TiO₂混合溶液（pH 4）中反应10分钟，磁力搅拌速度600 rpm。SEM显示TiO₂纳米颗粒在铜基体中形成致密团聚（图2），XPS证实Ti2p特征峰（459.2/464.5 eV）存在（图3e）。

2.2 竞争沉积机制

电压低于2.6 V时TiO₂沉积不足；超过2.6 V后Cu²⁺还原加速，TiO₂提供成核位点反而促进铜沉积（图5）。EDS显示最佳Ti固含量（1 wt%）出现在2.6 V，此时表面粗糙度最低（Sa=0.27 μm）。

2.3 机械性能提升

Vickers硬度测试表明：纯铜基体为210.9 HV，Cu-TiO₂（2.6 V）提升至224.1 HV（图6a）。摩擦系数从0.38降至0.24，归因于TiO₂填充界面空隙。3000次磨损循环后仍保持稳定性。

2.4 光催化性能

紫外光（175 mW cm^?2）照射下，复合涂层对罗丹明B（RhB）、亚甲基蓝等染料的24小时降解率超95%（图6c）。O1s光谱显示氧空位捕获光生电子，抑制电子-空穴复合，增强催化活性。

3 结论

该研究通过平衡电镀-电泳过程，开发出兼具机械强度和光活性的Cu-TiO₂复合涂层。其低压制备工艺（2.6 V）和普适降解性能，在医疗器械抗菌涂层、太阳能器件表面处理等领域具有应用潜力。

4 实验方法

基材经丙酮-乙醇-水超声清洗后，在含P25 TiO₂（1 g L^?1）的CuSO₄溶液中电镀。采用SEM-EDS、XRD、FTIR等表征成分，UV-2600分光光度计评估光催化效率。

（注：全文数据均来自原文图表，未添加主观推断）