[发明专利]一种微纳米结构多孔铜粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料的制备技术领域，涉及一种微纳米结构多孔铜粉的制备方法。

背景技术

由于具有较高的表面活性和良好的导电、导热性能，多孔铜粉被广泛应用于粉末冶金、催化剂、导电涂料、非酶葡萄糖传感器、表面增强拉曼散射基底和电磁屏蔽材料等领域。

虽然传统制备铜粉的方法(如：气相蒸汽法、γ射线法、等离子体法和电解法等)均有许多各自的优点，但同时存在相应不足，尤其是很难制备微纳米结构的多孔铜粉。化学或电化学脱合金法常被应用于制备多孔金属。公开号为CN102363217A的中国专利申请公开的一种纳米多孔铜粉末的制备方法，先采用球磨法得到Al-Cu合金粉末，再将得到的合金粉末在碱性溶液中进行脱合金处理而得到纳米多孔铜粉末。该方法工艺简单，得到多孔铜的孔径较小。公开号为CN102912384A的中国专利申请公开的一种由电沉积Cu-Al-Mg-Li合金制备多孔铜粉的方法，先通过电化学沉积制备Cu-Al-Mg-Li合金粗产品，再经过球磨得到其合金粉末，最后通过酸洗涤得到多孔铜粉末。该方法具有工艺简单、能耗低、无污染、生产成本低等特点。脱合金法虽然能实现大规模制备粒径、孔径相对可控的多孔铜粉，且工艺也比较简单，但该方法所用合金常采用高温熔融法，其具有能耗高、设备投资大、污染大、产品易氧化等缺点，且脱合金过程需要溶蚀掉合金中的其他元素，这就造成了资源的极大浪费，增加成本，此外得到的多孔铜往往含有其他杂质元素。公开号为CN101332514A的中国专利申请公开了一种多孔铜粉的制备方法，采用配位沉淀-热分解法，首先在常温常压下合成铜粉前驱体沉淀物，然后在非氧化性气氛下热分解前驱体得到多孔铜粉。虽然该方法安全可靠、无毒无污染，但很难得到粒径、孔径且形貌可控的多孔铜粉。

因此，探索制备多孔铜粉的新型制备方法，对降低能耗、节能减排、提高投资回报率和提高生产效率具有重要的实际意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种微纳米结构多孔铜粉的制备方法。该方法过程简单，安全可靠，无毒无污染，且成本较低；通过改变前驱体中各成分的浓度、反应温度和时间，便可得到不同粒度、孔径的多孔铜粉，便于工业化制备不同要求的多孔铜粉；制备的多孔铜粉纯度高、粒度及孔径可控、比表面积大，能满足许多领域对铜粉的需求。该方法得到的多孔铜是由反应中还原得到的纳米铜颗粒自组装形成，不同于目前报道的由铜的氧化物微纳米结构直接还原形成的生长机制。反应温度、时间及反应物的浓度等参数可用来调节微纳米结构铜颗粒的形貌、尺寸及孔径。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明涉及一种微纳米结构多孔铜粉的制备方法，包含以下步骤：

(1)制备含Cu²⁺前驱体液：将氢氧化钠溶液与Cu²⁺离子溶液混合，搅拌后得到淡蓝色的乳状液；然后滴加乙二醇并不断搅拌，得到品蓝色的溶液；滴加去离子水、或去离子水和乙醇定容；

(2)将含Cu²⁺前驱体液装入高压反应釜中，密封后在120℃～250℃下反应4～24h；

(3)反应得到的沉淀物进行洗涤、沉降和真空干燥后得到微纳米结构多孔铜粉。

优选地，所述的含Cu²⁺前驱体液中氢氧化钠的含量为0.1～5.0mol/L，Cu²⁺的含量为0.05～0.5mol/L，乙二醇的体积百分比为5％～50％，乙醇的体积百分比为0％～50％。反应物的浓度在制备微纳米结构多孔铜粉中起到关键作用。NaOH的量低于0.1mol/L时，产物中会含有铜的氧化物；高于5.0mol/L时，难以得到微纳米结构多孔铜粉。Cu²⁺的量低于0.05mol/L或高于0.5mol/L均不能形成多孔铜粉。乙二醇的体积百分比低于5％时，产物中含有铜的氧化物；高于50％时，得到的铜粉不具有多孔性。乙醇的体积百分比高于50％时，难以形成多孔铜粉。

优选地，所述乙醇的体积百分比为0％～10％。该浓度范围有利于形成粒径及孔径均匀的微纳米结构多孔铜粉。

优选地，所述乙二醇的体积百分比为5％～25％。该浓度范围有利于形成微纳米结构多孔铜粉，且能实现孔径及粒径的调节。

优选地，步骤(2)中，所述反应温度为140℃～200℃。该温度范围得到的多孔铜粉粒径及孔径均匀性较好。

优选地，步骤(2)中，所述反应时间为8～12h。该时间范围一方面保证多孔铜粉中不含有铜的氧化物，另一方面多孔铜孔径的均匀性较好，且能实现孔径的调节。