[发明专利]石墨烯修饰泡沫镍基质生长铜基复合物催化剂及制备方法

权利要求书

1.一种石墨烯修饰泡沫镍基质生长铜基复合物催化剂，其特征在于：在多级结构铜基水滑石/rGO/泡沫镍杂化物，水滑石纳米片垂直交错生长于rGO均匀包覆的泡沫镍基质表面，构成三维“蜂巢状”类纳米片阵列形貌；经氮气氛焙烧，制得类纳米片阵列型铜基复合物/rGO/泡沫镍催化剂，其中复合物纳米片大小为50～150nm，厚度为4～15nm，原位自还原生成的类核壳型Cu@Cu₂O纳米颗粒的尺寸为8～40nm，均匀分布在相邻复合物纳米片和rGO/泡沫镍基质的交界处。

2.一种权利要求1所述的石墨烯修饰泡沫镍基质生长铜基复合物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将泡沫镍依次用丙酮、2M的盐酸溶液、去离子水和无水乙醇各超声清洗15分钟，然后于75-85℃真空干燥170-180分钟；

(2)采用改进的Hummers法化学氧化523目天然鳞片石墨制得氧化石墨凝胶；

(3)将由步骤(2)预制的氧化石墨凝胶(GO,10mg/mL)和去离子水超声分散15～25分钟得到完全剥离的氧化石墨悬浮液(共60mL)，然后加入柠檬酸继续超声5～10分钟，以获得均匀稳定的柠檬酸修饰氧化石墨悬浮液，并将其转移至100mL聚四氟乙烯衬里的高压反应釜中；然后将2片3cm×5cm预处理后的干净泡沫镍(NF)完全浸没于柠檬酸修饰氧化石墨悬浮液中，需要将NF片略微弯曲，以5cm的较长边竖直卡入反应釜中，在90～150℃下水热处理4～8小时，反应结束后自然冷却至室温，将所得产物用去离子水反复冲洗并超声洗涤0.5～1分钟，冷冻干燥5～8小时，得到氧化石墨烯均匀包覆的泡沫镍基质GO/NF；

(4)将步骤(3)得到的2片3cm×5cm GO/NF基质剪成8片1.5cm×2.5cm的小片，置于盛有120mL去离子水的四口烧瓶中，加入5～30mg柠檬酸，在持续搅拌条件下，逐滴加入混合碱溶液，待溶液pH＝10±0.1时停止碱溶液的加入，稳定5～10分钟后，再同时逐滴加入100mL混合盐和混合碱溶液，保持溶液pH值一直稳定在10±0.1；待混合盐溶液滴加完毕，将所得含有rGO/NF基质的浆液转移至聚四氟乙烯里的反应釜中，每个100mL的反应釜中放置2片1.5cm×2.5cm的rGO/NF基质和75mL上述浆液，然后于80～120℃晶化4～8小时，待反应结束后自然冷却至室温，将所得产物用去离子水反复洗涤，冷冻干燥5～8小时，得到铜基水滑石/rGO/泡沫镍杂化物前体，记为M²⁺M³⁺-LDH/rGO/NF，M²⁺和M³⁺分别为二价和三价的金属离子；

(5)将步骤(4)得到的产品置于50～200mL/min的流动N₂中，以1～5℃/min的升温速率，在380～600℃下保持2～4小时，然后自然冷却至室温，制得类纳米片阵列型铜基复合物/rGO/泡沫镍催化剂，记为Cu@Cu₂O-M²⁺M³⁺(O)/rGO/NF。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的氧化石墨悬浮液的浓度范围为0.5～3mg/mL；氧化石墨与柠檬酸的质量比为2:1，超声功率为300W。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的混合碱包括NaOH和Na₂CO₃，且[CO₃^2-]/[M³⁺]＝2，[OH^-]/[CO₃^2-]＝3.2。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的混合盐包括二价和三价金属盐，其存在形式为硝酸盐或醋酸盐中的一种或其混合形式,金属盐总摩尔数为5～20mmol，金属盐中M²⁺为Cu²⁺或Cu²⁺与Ni²⁺、Co²⁺、Mn²⁺和Mg²⁺中一种金属离子，当M²⁺为Cu²⁺时，三价金属离子M³⁺为Fe³⁺和Al³⁺中的一种或两种的组合，摩尔比M²⁺/M³⁺值为1.5～2，当M³⁺为Fe³⁺和Al³⁺时，摩尔比Fe³⁺/Al³⁺值为1/9～1；当M²⁺为Cu²⁺与Ni²⁺、Co²⁺、Mn²⁺和Mg²⁺中的一种时，M³⁺仅为Al³⁺，摩尔比M²⁺/M³⁺值为3/1，此时Cu²⁺的摩尔数为0.625～10mmol。