[发明专利]一种花状氧化铜催化剂、其制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂、其制备方法及其用途，尤其涉及一种花状氧化铜催化剂、其制备方法及其在直接法合成有机硅单体领域的应用。

背景技术

作为一类p型过渡金属氧化物，氧化铜在电、磁和催化等领域表现出奇特的物理和化学性能，引起人们的广泛关注，被广泛应用于印染、陶瓷、电极活性材料及催化剂等重要领域。氧化铜的物理和化学性能受形貌、尺寸和结构影响。近年来，具有不同形貌结构的氧化铜材料引起人们的极大兴趣，已通过不同方法制备了氧化铜纳米线、纳米棒、纳米片、纳米管、纳米带等。一些更为复杂的结构如花状、蜂窝状、空心球等也有相关报道。其中，花状氧化铜因其具有高比表面、低堆积密度、多活性晶面位等特点，在催化领域具有巨大的应用前景。因此，花状氧化铜的合成引起人们的广泛关注。

Chu等人先配制硫酸铵、氢氧化钠和痕量钼酸钠(钨酸钠)及十二烷基硫酸钠组成的混合溶液，然后将铜箔浸入到上述溶液中利用水热氧化反应在铜箔表面得到了由花状或蜂窝状组成的氧化铜薄膜材料(Liu.Y.；Chu.Y.；Zhuo.Y.；LiM.；Li.M.；Dong.L.Cryst.Growth Des.2007，7，467.)。

Vaseem等人以醋酸铜为原料，在碱性条件下以六亚甲基四胺为模板剂通过液相反应制备了花状氧化铜(Vaseem.M.；Umar.A.；Kim.S.H.；Hahn.Y.B.J.Phys.Chem.C.2008，112，5729)。

Li等人以氯化铜为原料，使用离子液体1-辛基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐作为溶剂和模板剂，在碱性条件下通过微波加热反应得到了花状和树叶状氧化铜(Xia.J.；Li.H.；Luo，Z.；Shi.L.；Wang.K.；Shu.H.；Yan.Y.J.Phys.Chem.Solids.2009，70，1461.)。

从上述花状氧化铜制备方法的报道中可以看出，在制备过程中一般要使用昂贵的有机物作为模板剂，其缺陷是成本较高，不利于规模化生产。

另外，关于花状氧化铜在催化领域的应用研究报道也只限于液固相催化反应，如光催化降解染料或有机物醇类的氧化反应，而对于气固相等多相催化反应如工业上直接法合成有机硅单体的应用研究还未见相关报道，尤其是在有机硅单体的合成过程中，反应物氯甲烷气体和硅粉之间的反应属于气-固相接触反应，这就要求催化剂与反应物之间能够充分接触从而加快反应速度。

因此，为增加催化剂与反应物的接触几率，设计具有高比表面的特殊形貌的催化剂是提高催化剂催化效率的关键因素之一。综上所述，开展具有产业化前景的花状氧化铜制备方法的研究，并探索花状氧化铜作为催化剂在直接法合成有机硅单体的应用研究具有重要的科学意义和应用价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种形貌和颗粒尺寸可控、工艺简单、易于工业化的无模板法合成花状氧化铜的制备方法，并将所制备的氧化铜作为直接法合成有机硅单体的催化剂评价其催化性能，最终通过本发明提供一种极具应用前景的新型有机硅单体合成中的催化剂。

本发明所提供的花状氧化铜催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将铜盐加入到乙醇、水或乙醇-水的混合溶剂中形成溶液；

2)在搅拌下向步骤1)所得溶液中依次加入氨水、强碱和硝酸盐得到均相溶液；

3)将步骤2)所得溶液转移到反应釜中进行溶剂热反应；

4)将步骤3)所得产物洗涤、干燥得到花状氧化铜催化剂。

其中，步骤1)中所述铜盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜或醋酸铜，或其混合物。

作为优选，所述溶液中铜离子浓度为0.02mol/L～1.0mol/L，优选0.08mol/L～1.0mol/L，进一步优选0.2mol/L～0.8mol/L。

作为优选，所述乙醇-水混合溶剂中乙醇的体积百分比为0～100％，优选0～56％，进一步优选10％～40％。

步骤2)中所用氨水为25wt％～28wt％；所述均相溶液中氨水浓度为5.0mol/L～10.0mol/L，优选6mol/L～8mol/L。

作为优选，强碱为氢氧化钠或氢氧化钾，或其混合物；所述强碱浓度为0.1mol/L～2.0mol/L，优选0.2mol/L～1.5mol/L，进一步优选0.2mol/L～1.0mol/L。