[发明专利]一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的制备方法

摘要

本发明涉及一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的制备方法，是针对碳酸二甲酯催化剂合成的弊端，采用葡萄糖、硝酸铜、油酸钠、己烷、无水乙醇、去离子水、氮气为原料，经配制溶液、水热合成、碳化还原，制成核壳型碳包覆纳米铜催化剂，此制备方法工艺先进，数据准确翔实，产物质量高，纯度好，达98.5%，催化性能稳定可靠，是理想的制备核壳型碳包覆纳米铜催化剂的方法。

主权项

1.一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：葡萄糖、硝酸铜、油酸钠、己烷、无水乙醇、去离子水、氮气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位制备方法如下：（1）精选化学物质材料对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：（2）配制油酸铜络合物①称取硝酸铜2.42g±0.01g、油酸钠6.09g±0.01g，量取无水乙醇20mL、去离子水15mL、己烷35mL，加入三口烧瓶中；②将三口烧瓶置于电加热器上加热，并进行水循环冷凝，加热温度70℃±2℃，并搅拌，加热搅拌时间120min，成络合液；③分液漏斗分离：将络合液加入分液漏斗内，进行分离，静置10min，分液后留存上层有机层；④水洗：将有机层加入烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤10min，成洗涤液；⑤分液漏斗分离：将洗涤液加入分液漏斗内，进行分离，静置10min，分液后留存上层有机层；⑥干燥：将盛有有机层的烧杯置于干燥箱中干燥，干燥温度50℃，干燥时间300min，干燥后成油酸铜络合物(C₁₈H₃₃O₂)₂Cu；（3）配制油酸铜乳液称取油酸铜络合物0.12g，量取去离子水5mL，加入烧杯中，搅拌5min，成油酸铜乳液；（4）配制葡萄糖水溶液称取葡萄糖0.9g±0.01g，量取去离子水100mL，加入烧杯中，搅拌5min，成0.05mol/L的葡萄糖水溶液；（5）配制混合溶液将配制的葡萄糖水溶液、油酸铜乳液置于烧杯中，然后置于水浴锅中加热，加热温度30℃，在150r/min转速下搅拌40min，成混合乳液；（6）反应釜水热碳化合成将混合乳液移至聚四氟乙烯容器内，并置于反应釜中，密闭；然后将反应釜置于加热炉中加热，加热温度180℃±2℃，加热时间240min；进行水热碳化合成，形成碳包覆铜前驱体；（7）离心分离打开加热炉，取出反应釜并开启，聚四氟乙烯容器内为初级产物悬浮液；将聚四氟乙烯容器内的悬浮液移入离心管内，进行离心分离，分离转数8500r/min，时间10min，分离后收存沉淀物，弃掉上层液；（8）洗涤、抽滤①将沉淀物置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min；然后用三层中速定性滤纸进行抽滤，得产物滤饼；②将产物滤饼置于烧杯中，加入无水乙醇100mL,，搅拌洗涤5min；然后用三层中速定性滤纸抽滤，得初级产物滤饼；（9）干燥将初级产物滤饼置于石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥温度50℃，干燥时间360min，得初级产物粉末，即干燥的碳包覆铜前驱体粉末；（10）碳化还原，制备核壳型碳包覆纳米铜催化剂核壳型碳包覆纳米铜催化剂的制备是在管式高温炉中进行的，是在加热、冷却、氮气保护下完成的；①将碳包覆铜粉末置于石英容器内，然后置于石英加热管内；②将氮气管伸入石英加热管内，并输入氮气，氮气输入速度20cm³/min，同时开启石英加热管的出气管，使石英加热管内压强恒定为0.08MPa；③开启管式高温炉的电阻加热器加热，加热温度500℃±2℃，升温速率10℃/min，恒温保温120min，使产物碳化还原；④在石英加热管内，在加热过程中，石英容器内的初级产物粉末在高温、氮气气氛下碳化，碳球内部的铜离子被还原成单质铜，油酸络合物在高温下分解，形成中空结构，成碳球包覆状，即生成核壳型碳包覆纳米铜催化剂；碳化还原过程中将发生化学反应，反应方程式如下：式中：(C₁₈H₃₃O₂)₂Cu：油酸铜C：炭CuC：碳包覆纳米铜催化剂CO₂：二氧化碳气体H₂O：水蒸气⑤待反应完成后，停止加热，在氮气保护下随炉自然冷却降至25℃；⑥关闭电阻加热器，停止输氮气，开启石英加热管，取出石英容器及其内的核壳型碳包覆纳米铜催化剂产物；（11）检测、分析、表征对制备的核壳型碳包覆纳米铜的形貌、色泽、化学物理性能进行检测、分析、表征；用X-射线粉末衍射仪进行晶相分析；用扫描电子显微镜SEM观察样品表面形貌；通过透射电子显微镜TEM观察样品分散度及内部空腔尺寸；结论：核壳型碳包覆纳米铜为黑色粉体，粉体颗粒直径≤2μm，产物纯度达98.5%；（12）产物储存对制备的核壳型碳包覆纳米铜催化剂储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光储存，要防水、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10%。