[发明专利]一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的制备方法

权利要求书

1.一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：葡萄糖、硝酸铜、油酸钠、己烷、无水乙醇、去离子水、氮气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

制备方法如下：

（1）精选化学物质材料

对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

（2）配制油酸铜络合物

①称取硝酸铜2.42g±0.01g、油酸钠6.09g±0.01g，量取无水乙醇20mL、去离子水15mL、己烷35mL，加入三口烧瓶中；

②将三口烧瓶置于电加热器上加热，并进行水循环冷凝，加热温度70℃±2℃，并搅拌，加热搅拌时间120min，成络合液；

③分液漏斗分离：将络合液加入分液漏斗内，进行分离，静置10min，分液后留存上层有机层；

④水洗：将有机层加入烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤10min，成洗涤液；

⑤分液漏斗分离：将洗涤液加入分液漏斗内，进行分离，静置10min，分液后留存上层有机层；

⑥干燥：将盛有有机层的烧杯置于干燥箱中干燥，干燥温度50℃，干燥时间300min，干燥后成油酸铜络合物(C₁₈H₃₃O₂)₂Cu；

（3）配制油酸铜乳液

称取油酸铜络合物0.12g，量取去离子水5mL，加入烧杯中，搅拌5min，成油酸铜乳液；

（4）配制葡萄糖水溶液

称取葡萄糖0.9g±0.01g，量取去离子水100mL，加入烧杯中，搅拌5min，成0.05mol/L的葡萄糖水溶液；

（5）配制混合溶液

将配制的葡萄糖水溶液、油酸铜乳液置于烧杯中，然后置于水浴锅中加热，加热温度30℃，在150r/min转速下搅拌40min，成混合乳液；

（6）反应釜水热碳化合成

将混合乳液移至聚四氟乙烯容器内，并置于反应釜中，密闭；然后将反应釜置于加热炉中加热，加热温度180℃±2℃，加热时间240min；进行水热碳化合成，形成碳包覆铜前驱体；

（7）离心分离

打开加热炉，取出反应釜并开启，聚四氟乙烯容器内为初级产物悬浮液；

将聚四氟乙烯容器内的悬浮液移入离心管内，进行离心分离，分离转数8500r/min，时间10min，分离后收存沉淀物，弃掉上层液；

（8）洗涤、抽滤

①将沉淀物置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min；然后用三层中速定性滤纸进行抽滤，得产物滤饼；

②将产物滤饼置于烧杯中，加入无水乙醇100mL,，搅拌洗涤5min；然后用三层中速定性滤纸抽滤，得初级产物滤饼；

（9）干燥

将初级产物滤饼置于石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥温度50℃，干燥时间360min，得初级产物粉末，即干燥的碳包覆铜前驱体粉末；

（10）碳化还原，制备核壳型碳包覆纳米铜催化剂

核壳型碳包覆纳米铜催化剂的制备是在管式高温炉中进行的，是在加热、冷却、氮气保护下完成的；

①将碳包覆铜粉末置于石英容器内，然后置于石英加热管内；

②将氮气管伸入石英加热管内，并输入氮气，氮气输入速度20cm³/min，同时开启石英加热管的出气管，使石英加热管内压强恒定为0.08MPa；

③开启管式高温炉的电阻加热器加热，加热温度500℃±2℃，升温速率10℃/min，恒温保温120min，使产物碳化还原；

④在石英加热管内，在加热过程中，石英容器内的初级产物粉末在高温、氮气气氛下碳化，碳球内部的铜离子被还原成单质铜，油酸络合物在高温下分解，形成中空结构，成碳球包覆状，即生成核壳型碳包覆纳米铜催化剂；

碳化还原过程中将发生化学反应，反应方程式如下：

式中：(C₁₈H₃₃O₂)₂Cu：油酸铜

C：炭

Cu@C：碳包覆纳米铜催化剂

CO₂：二氧化碳气体

H₂O：水蒸气

⑤待反应完成后，停止加热，在氮气保护下随炉自然冷却降至25℃；

⑥关闭电阻加热器，停止输氮气，开启石英加热管，取出石英容器及其内的核壳型碳包覆纳米铜催化剂产物；

（11）检测、分析、表征

对制备的核壳型碳包覆纳米铜的形貌、色泽、化学物理性能进行检测、分析、表征；

用X-射线粉末衍射仪进行晶相分析；

用扫描电子显微镜SEM观察样品表面形貌；

通过透射电子显微镜TEM观察样品分散度及内部空腔尺寸；

结论：核壳型碳包覆纳米铜为黑色粉体，粉体颗粒直径≤2μm，产物纯度达98.5%；

（12）产物储存

对制备的核壳型碳包覆纳米铜催化剂储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光储存，要防水、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10%。

2.根据权利要求1所述的一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的制备方法，其特征在于：核壳型碳包覆纳米铜催化剂的制备是在管式高温炉中进行的，是在加热、氮气保护下完成的；

管式高温炉为卧式，管式高温炉(1)下部为控制台(2)，管式高温炉(1)内壁上设有电阻加热器(3)，管式高温炉(1)的中间位置为加热腔(19)，在加热腔(19)的下部设有道轨(8)，在道轨(8)上置放石英加热管(4)，石英加热管(4)的左部设有左堵头(5)，右部设有右堵头(6)，左堵头(5)连接氮气管(16)，氮气管(16)连接氮气阀(15)、氮气瓶(14)，右堵头(6)连接出气管(7)；在石英加热管(4)内中间位置设有石英容器(20)，在石英容器(20)内为核壳型碳包覆纳米铜(18)，石英加热管(4)内由氮气(17)充填；在管式高温炉(1)下部的控制台(2)上设有显示屏(9)、指示灯(10)、电源开关(11)、温度控制器(12)、时间控制器(13)。