[发明专利]一种室温制备大比表面积多孔碱式硝酸铜纳米薄片的方法

说明书

本发明涉及一种室温快速制备具有优良催化加氢性能的大比表面积多孔碱式硝酸铜纳米薄片的制备方法，其制备步骤包括：(1)在室温搅拌条件下，先将一定量的硝酸铜快速添加到水溶液中，随后逐滴添加预制的氢氧化钾水溶液，获得反应前驱体溶液；(2)将步骤（1）中的反应前驱体在室温搅拌条件下反应10‑40分钟，制得蓝白色多孔碱式硝酸铜纳米薄片胶体溶液；（3）将步骤（2）获得的胶体溶液高速离心收集并用酒精超声清洗3‑5次后，在50‑100度烘箱干燥3‑6小时，获得具有优良的催化特性且可多次循环利用的多孔碱式硝酸铜纳米薄片粉体。本发明获得的大比表面积多孔碱式硝酸铜纳米薄片在催化加氢、气体发生剂合成、烟花制作、医药中间体合成等方面具有重要应用价值。

技术领域

本发明涉及一种在室温条件下制备具有优良催化加氢性能的大比表面积多孔碱式硝酸铜纳米薄片的方法，属于纳米功能材料制备领域。

背景技术

作为一种重要的化工原料, 碱式硝酸铜具有十分独特的物理化学性能，这些特性使其在烟花制作、药品、催化剂与推进剂合成、铜制品生产等方面具有重要的应用价值。同时，与碱金属、碱土金属硝酸盐及高氯酸盐等相比，碱式硝酸铜作为最佳氧化剂（用量约为30-60 wt%），在车用安全气囊气体发生剂生产中得到了广泛应用。随着汽车工业快速发展以及对安全气囊气体发生剂安全性、稳定性要求的进一步提高，高性能碱式硝酸铜的市场需求量越来越大。因此，近年来人们在高性能碱式硝酸铜制备合成上做了大量的尝试和努力。Zhang等人将尿素与硝酸铜混合添加到高压釜中，在80-120℃下反应得到了厚度2-6微米、大小100-2000微米的片状不规则的碱式硝酸铜纳米片；Di等人将配置好的硝酸铜溶液置于特定的等离子体反应器中，在气体放电的作用下合成了3-10微米大小的棒状和片状混合的碱式硝酸铜；Liao等人报道了一种以柠檬酸根作催化剂制备碱式硝酸铜的工艺路线。然而，据我们所知，目前碱式硝酸铜制备方法不仅需要复杂繁琐的反应步骤、较高的反应温度、较长的反应时间或特殊的专用设备（高压釜或等离子体反应器等），而且难以合成大比表面积纳米级碱式硝酸铜。众所周知，降低颗粒尺寸、构筑空心或多孔结构可有效提高材料的比表面积、吸附能力与催化活性。研究表明，碱式硝酸铜的诸多性能、应用与其比表面积密切相关。例如，碱式硝酸铜粉体比表面积越大，其氧化产气能力与催化活性就越强。显然，构筑大比表面积碱式硝酸铜具有十分重要的科学意义和实用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题为针对目前碱式硝酸铜粉体材料制备技术不足之处，提供一种快速简便、成本低廉、室温条件下制备高性能多孔碱式硝酸铜纳米薄片的方法。本发明的另一目的是制备出具有优良催化性能的大比表面积多孔碱式硝酸铜纳米薄片，为有机污染物吸附、催化降解、气体发生剂合成、烟花制作、医药中间体合成、催化剂与推进剂生产等方面实际应用提供重要的物质基础。

本发明中多孔碱式硝酸铜纳米薄片是以硝酸铜与氢氧化钾为原料，基于化合反应原理以水为反应介质制备的，其典型制备过程包括以下具体步骤：

（1）在室温搅拌条件下，将一定量的硝酸铜快速添加到水溶液中，制得蓝色或浅蓝色（浓度不同颜色深浅不同）硝酸铜水溶液；

（2）向步骤（1）中硝酸铜溶液中逐滴添加预制的氢氧化钾水溶液，获得制备大比表面积多孔碱式硝酸铜纳米薄片的反应前驱体溶液，其中，硝酸铜、氢氧化钾的浓度分别为0.01-0.5摩尔/升、0.01-0.3摩尔/升；

（3）将步骤（2）中的反应前驱体在室温搅拌反应10-40分钟，制得蓝白色多孔碱式硝酸铜纳米薄片胶体溶液，其中搅拌转速为200-1000转/分钟；

（4）将多孔碱式硝酸铜纳米薄片胶体溶液用高速离心机离心分离，在转速5000-10000转/分钟条件下离心10-30分钟后，移去管中上清液，得到蓝白色沉淀产物；

（5）用去离子水或酒精将步骤(4)获得的蓝白色沉淀产物超声清洗3-5次，随后在50-100度烘箱中干燥3-6小时，获得多孔碱式硝酸铜纳米薄片粉体。

本发明的有益效果：