[发明专利]一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的快速制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的快速制备方法，属碳基复合材料制备及应用的技术领域。

背景技术

碳酸二甲酯是一种新型化工原料，为非毒性化学品，具有很好的应用前景。在碳酸二甲酯的合成工艺中，甲醇气相氧化羰基化法以甲醇、CO和O₂为原料，以炭基负载纳米铜为催化剂，生产成本低，产物选择性高，是一种以煤为原料的绿色化工路线，例如CN103709040A、CN102872879A专利均采用此方法；但由于高度分散的铜纳米晶体表面能高，在反应过程中易发生团聚，从而导致铜活性物失活，极大地影响了催化性能。

核壳结构纳米材料为一种新型功能化材料，具有高稳定性，良好界面性能，以碳为壳层的纳米囊可增强铜纳米粒子的化学稳定性和热稳定性，可克服团聚和氧化，例如CN103599781A专利采用葡萄糖、油酸钠、己烷制备，但该制备过程原料繁多、工艺复杂，存在较多弊端，达不到使用效果。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的状况，提供一种快速合成方法，以无水乙醇、醋酸铜、甲醛为原料，经配制溶液、溶剂热合成，快速制成核壳型碳包覆纳米铜催化剂。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：乙酸铜、无水乙醇、甲醛、去离子水、盐酸，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位

制备方法如下：

⑴、精选化学物质材料

对制备使用的化学物质材料进行精选，并进行质量纯度、浓度控制：

⑵、溶剂热合成制备核壳型碳包覆纳米铜

核壳型碳包覆纳米铜的制备是在反应釜内进行的，是在加热炉加热、化合反应过程中完成的；

①配制反应液，称取乙酸铜8g±0.01g，量取无水乙醇40mL±0.01mL、甲醛3mL±0.01mL，加入不锈钢容器中；

②搅拌，用磁力搅拌器搅拌不锈钢容器中的溶液，搅拌时间240min，成混合溶液；

③溶剂热合成，将盛有混合溶液的不锈钢容器置于反应釜中，并密闭；

④将反应釜置于电阻加热炉中，进行溶剂热合成；电阻加热炉升温速率为10℃/min，快速升温至400℃±2℃，在此温度恒温保温反应8h；

混合溶液在密闭、加热过程中将发生化学反应，反应方程式如下：

当温度升至100℃时，乙酸铜脱水，温度升至300℃时，在无水乙醇辅助条件下，乙酸铜热分解，生成Cu₂O纳米粒子，当温度升至300-400℃时,Cu₂O在甲醛作用下原位还原成Cu纳米粒子；有机前驱体的原位碳化生成碳，生成的碳沉积在Cu纳米粒子表面，形成核壳型碳包覆纳米铜Cu@C；

⑤溶剂热合成后，停止加热，使反应釜随炉冷却至25℃；

⑶、离心分离

开釜，取出不锈钢容器内的混合溶液，置于离心机的离心管内，进行离心分离，离心分离转数8000r/min，分离时间10min，分离后留存沉淀物，弃去上清液；

⑷、洗涤，分离

①将沉淀物置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min；

②离心分离，将洗涤液置于离心机的分离管内，进行离心分离，分离转数8000r/min，分离时间10min，分离后留存沉淀物，弃去上清液；

③洗涤，离心分离重复进行三次；

⑸、制备核壳型碳包覆纳米铜

①配制盐酸水溶液

量取盐酸25mL、去离子水50mL，加入烧杯中，搅拌5min，成6mol/L的盐酸水溶液；

②将洗涤、分离后的沉淀物加入盐酸水溶液内，搅拌5min，成混合溶液；

③超声分散，将盛有混合溶液的烧杯置于超声波分散仪内，进行超声分散，超声波频率40kHz，超声分散时间3min，在超声分散过程中，盐酸水溶液刻蚀Cu@C纳米粒子中的铜，得到空腔结构的核壳型碳包覆纳米铜混合液；

⑹、离心分离

将制备的核壳型碳包覆纳米铜混合液，置于离心分离机内的分离管内，进行离心分离，分离转数8000r/min，分离后留存沉淀物，弃去上清液；

⑺、洗涤，离心分离

将沉淀物置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min，成洗涤液；

将洗涤液置于离心分离机的分离管内，进行离心分离，分离转数8000r/min，分离后留存沉淀物，弃去上清液；

洗涤、离心分离重复进行三次；