[发明专利]一种纳米多孔铜粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米多孔铜粉末的制备方法，属于纳米材料的制备技术领域。 

背景技术

纳米多孔金属是一种特殊的具有纳米尺寸孔洞的材料，其孔径尺寸为几纳米至几百纳米，纳米级的孔径尺寸使其具有很高的比表面积以及其他独特的物理、化学以及力学性能，例如独特的电磁性能、高的催化活性、高的强度等。因此，纳米多孔金属具有巨大的应用潜力，目前开展的应用研究主要有催化、激发、传感、表面增强拉曼散射等。纳米多孔铜是纳米多孔金属的一种，在催化领域具有广泛的应用前景。例如，雷尼铜是一种重要的工业催化剂，广泛应用于水气转换反应。 

1997年，Mellor等人 (Mellor, J.R.; Coville, N.J.; Durbach, S.H.; Copperthwaite, R.G. Applied Catalysis A. 1998, 171, 273.) 将Cu_24.8Zn_25.2Al_48.3合金分别在质量分数为5%~27.5%，温度50℃的硝酸、高氯酸溶液中浸泡1~19.5小时，获得多孔铜样品。2006年，Hayes 等人（Hayes, J. R.; Hodge, A. M.; Biener, J.; Hamza, A. V.; Sieradzki, K. J. Mater. Res. 2006, 21, 2611.）对Mn_0.7Cu_0.3固溶体合金进行化学、电化学腐蚀，制备了孔径尺寸为16~125nm的纳米多孔铜。2007年，Lu Hai-Bo等人（Lu, H. B.; Li, Y.; Wang, F. H. Scripta Mater. 2007, 56, 165.）用盐酸对双相的Cu₆₂Zr₃₈合金薄膜进行腐蚀，获得了孔径尺寸为500nm的多孔铜。但是，上述方法中前驱体合金多采用熔炼的方法制备，熔炼方法对制备整体连续的多孔铜样品是有利的，而对于高比表面积的催化剂来说，有一定的局限性（腐蚀时间很长，不利于高效率、规模化生产）。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种成本低、工艺简单、规模化的纳米多孔铜粉末的制备方法。该方法制备的纳米多孔铜具有三维、双连续及纳米尺寸的孔洞结构，并且可以对孔尺寸进行调控。 

本发明是通过以下方式实现的： 

一种纳米多孔铜粉末的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1） 按Al-Cu合金成分配比称取纯铜粉和纯铝粉；

（2） 将纯铜粉、纯铝粉和磨球加入到球磨罐中，加入助磨剂，在球磨机中进行机械合金化处理，得Al-Cu合金粉末；

（3） 把得到的Al-Cu合金粉末在碱性溶液中进行脱合金化处理，处理后将样品洗至中性，置于真空容器中保存（如果不放在真空中，所得样品很容易氧化变成氧化亚铜或氧化铜），即得纳米多孔铜粉末。

上述步骤（1）中，Al-Cu合金中，铜的原子百分比32-35% ，铝为余量。 

上述步骤（2）中，机械合金化处理时，设定球磨机转速为250-350转/分，每转30分钟停10分钟，并自动正反转，整个球磨时间为50-70小时。 

上述步骤（2）中，助磨剂为硬脂酸，用量为纯铜粉、纯铝粉总重量的1%；球磨机的球料比为15～20:1；球磨罐和磨球的材质最好为氧化锆，氧化锆在球磨过程中不会引入杂质，而采用不锈钢、硬质合金或者氧化铝球在研磨过程中会引入铁、氧化铝等杂质。另外，磨球最好要有大有小，这样可以使球磨过程更加迅速，并且粉料尺寸均匀，这在球磨中是共知的，本领域技术人员在操作时可以根据实际情况或者一般习惯选择磨球尺寸。 

上述步骤（3）中，所用的碱性溶液为1.5-2.5mol/L的氢氧化钠水溶液，脱合金化处理时，处理温度为20-90℃，处理时间为15-40min。进一步的，为了更好的脱合金化，在脱合金化处理前，将N₂通入到氢氧化钠水溶液中充分排除里面的O₂。