[发明专利]一种碳纳米管-金铜合金复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳纳米管‑金铜合金复合材料，由CNTs及其表层的纳米铜金合金颗粒构成，所述铜金合金层由以下组分按重量百分比组成：碳纳米管5～10wt％，金15～65wt％，铜25～75wt％。本发明通过CNTs负载，可以使得金铜和载体之间的相互作用得以提高，大大提高了金铜纳米颗粒的抗烧结性，CNTs高的比表面积和催化剂中纳米管相互支撑的构造，起到隔离分散金铜纳米颗粒的特性，金铜纳米颗粒彼此之间的距离增加，对催化剂抗烧结也起一定作用，提高了催化剂反应的稳定性；本发明通过调控工艺参数，可以得到不同晶粒大小的金铜颗粒，其纯度高，粒度范围广，粒径可控，所得纳米金铜合金颗粒与的碳纳米管界面结合好，且合金催化性能优于传统金铜合金。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种碳纳米管-金铜合金复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着纳米合金在催化领域中的广泛应用，负载金纳米粒子作为催化剂的用途以及含金的双金属催化剂与其他金属的结合成为了研究热点。金铜合金就是由高纯度金和铜制成的合金，传统金铜合金材料存在着吸附能力不强，单独使用的效果不佳，比表面积小、容易团聚及抗烧结性能较差。

目前金铜合金的制备方法主要包括模板法、浸渍法、爆炸法，存在制备方法复杂，成本高昂，粒度单一，合金化时颗粒团聚严重等问题，在合金化过程中金属颗粒生长导致的活性表面积的损失是负载型催化剂失活的主要原因；同时，在非均相催化中，催化过程主要是发生在催化剂的表面，反应物在金铜合金的表面吸附能力较差，导致催化效果不好。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高纯度、镀覆均匀、比表面积大、抗烧结性能好和催化效率高的碳纳米管-金铜合金复合材料及其制备方法和应用。

本发明提供一种碳纳米管-金铜合金复合材料，由基体碳纳米管，及负载于其表面的金铜合金组成，所述碳纳米管-金铜合金复合材料由以下组分按重量百分比组成：碳纳米管5～10wt％，金15～65wt％，铜25～75wt％。

优选的，所述碳纳米管的长度为300～1000nm，直径为20～25nm，金铜合金的粒径为20～150nm。

进一步，所述金铜合金由金镀层和铜镀层经合金化处理得到，金铜合金的粒径为20～50nm。

本发明还提供一种碳纳米管-金铜合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)酸处理：将CNTs(碳纳米管)放入浓硫酸和浓硝酸的混合液中超声处理，清洗干净后得到酸处理的CNTs；

(2)表面镀金：将步骤(1)所得酸处理的CNTs加入到PEI中，常温搅拌，控制超震频率，混合均匀后加入氯金酸，进行搅拌加热，反应预定时间后将CNTs取出，清洗干净后得到镀金的CNTs；

(3)表面镀铜：将步骤(2)所得镀金的CNTs加入到镀铜溶液中，加入联吡啶和PVP，控制超震频率和温度，加入乙醛酸作为还原剂，调节PH，根据溶液颜色变化和气泡产生时间确定反应进程，待出现气泡一定时间后，将CNTs取出，清洗干净后得到镀覆金铜的CNTs；

(4)合金化处理：将步骤(3)所得镀覆金铜的CNTs加入到异丙醇溶液中，加热至预定温度，使得金铜镀层合金化，洗涤干净后得到所述碳纳米管-金铜合金复合材料。

优选的，所述步骤(1)中，浓硫酸和浓硝酸的体积比为(2～4)：1。

优选的，所述步骤(2)中，PEI的分子量为600～800，浓度为0.5～1mol/l，氯金酸的浓度为5～10g/L，CNTs的浓度为5～10g/L，所述PEI、氯金酸和CNTs加入量按体积份计为2:1:2。